avaliaÇÃo de rede pluviomÉtrica e anÁlise...

UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CENTRO DE TECNOLOGIA E GEOCIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL TECNOLOGIA AMBIENTAL E RECURSOS HÍDRICOS

AVALIAÇÃO DE REDE PLUVIOMÉTRICA E ANÁLISE DE

VARIABILIDADE ESPACIAL DA PRECIPITAÇÃO: ESTUDO DE CASO NA BACIA DO RIO IPOJUCA EM

PERNAMBUCO

Autor: JOÃO HIPÓLITO PAIVA DE BRITTO SALGUEIRO

Orientadora: SUZANA MARIA GICO LIMA MONTENEGRO

Co-orientador: MANOEL SYLVIO CARNEIRO CAMPELLO

Recife - PE

Agosto de 2005

João Hipólito Paiva de Britto Salgueiro

“Avaliação de rede pluviométrica e análise de variabilidade espacial da precipitação: estudo de caso na Bacia do Rio Ipojuca

em Pernambuco”

Dissertação apresentada ao Programa de pós-graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal de Pernambuco, na área de Tecnologia Ambiental e Recursos Hídricos, em cumprimento às exigências para obter o Grau de Mestre.

Suzana Maria Gico Lima Montenegro, Ph. D.

Orientadora

Manoel Sylvio Carneiro Campello, D. Sc.

Co-orientador

Recife - PE Agosto de 2005

ii

Salgueiro, João Hipólito Paiva de Britto

Avaliação de rede pluviométrica e análise devariabilidade espacial da precipitação : estudo decaso na Bacia do Rio Ipojuca em Pernambuco / JoãoHipólito Paiva de Britto Salgueiro. – Recife : O Autor, 2005.

xvi, 122 folhas : il., fig., tab. Dissertação (mestrado) – Universidade Federal

de Pernambuco. CTG. Engenharia Civil, 2005. Inclui bibliografia e anexos. 1. Engenharia civil – Recursos hídricos. 2. Redes

pluviométricas – Variabilidade espacial da precipitação – Avaliação da eficiência. 3. Bacia do rio Ipojuca, Pernambuco – Diagnóstico pluviométrico – Rede específica – Métodos convencionais e geoestatísticos. I. Título.

556.042 CDU (2.ed.) UFPE 627.123 CDD (22.ed.) BC2006-282

iii

AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente à Inteligência Suprema e causa primária de todas as coisas por ter me

permitido realizar esta tarefa.

A todos os meus familiares, aqui e no outro plano, e em especial à minha mulher e filha,

Leidjane e Camila Salgueiro por terem superado os momentos em que me fiz ausente durante esta

jornada, e a minha prima Christina Salgueiro por todo o apoio dedicado.

Aos trabalhadores do Núcleo Espírita Jesus no Lar pelas vibrações emanadas em meu favor.

Ao ex-Superintendente da CPRM, Marcelo Soares Bezerra e o atual, José Wilson Temóteo, pela

confiança que ambos depositaram em minha pessoa no cumprimento desta tarefa.

À professora Suzana Montenegro pela orientação, dedicação e otimismo nos momentos mais

difíceis e ao professor Sylvio Campello pela honra de poder compartilhar sua vasta experiência.

A todos os colegas de turma, especialmente os engenheiros: Marcos Vieira, Sergio Carneiro,

Clélia Araújo, Marcelo Asfora e Ronaldo Faustino pelos momentos em que unidos vivenciamos.

Aos professores das disciplinas cursadas: Jaime Cabral, Almir Cirilo, Lourdinha Florêncio,

Mariano Aragão e Mª do Carmo Sobral, pelos conhecimentos que foram repassados.

Aos engenheiros Osvalcélio Furtunato e Thaisa Alcoforado e o bolsista Anderson Nunes da

UFPE pelas colaborações técnicas específicas.

Às Secretárias do Departamento de Hidráulica da UFPE: Sueli, Janaina e Valquíria, extensivo

também à Dona Laudenice pela atenção que dedicaram em todos os momentos.

Aos colegas da CPRM, Engenheiros: José Carlos Silva, Flávio Moreira, Adriano Santos,

Douglas Luna e Cristiane Melo pelo apoio e incentivo. Aos geólogos Waldir Duarte Filho, Sérgio

Guerra, Roberto Batista, Cláudio Scheid e Pedro Pfaltzgraff pelas colaborações técnicas. Às

técnicas: Etna Pinheiro e Fabiane Albino pelos serviços de informática prestados e o Almir da

copiadora.

Ao Departamento de Hidrologia da CPRM representado pelo Engº Cláudio Peixinho, pela

compreensão das dificuldades e apoio à capacitação e ao Engº Valdemar Guimarães da ANA pela

disponibilização de algumas literaturas aqui utilizadas.

Às meteorologistas do ITEP: Francis Lacerda, Werônica, Aparecida, Ana Mônica, Ioneide e

Adriani, pelas informações concedidas e ao Engº Robson de Carlo pelos trabalhos cartográficos.

À todas as instituições que contribuíram direta e indiretamente com as informações que deram

suporte ao desenvolvimento deste trabalho, como: ANA, SUDENE, SECTMA, COMPESA,

CHESF, IPA, INFRAERO e outras.

E, finalmente, aos professores Geber Moura e Abelardo Montenegro da UFRPE por terem

aceitado integrar-se à banca examinadora e a todos que compuseram a platéia.

v

RESUMO

A análise do comportamento da precipitação em uma bacia hidrográfica é fundamental para a

engenharia e o gerenciamento dos recursos hídricos. Por ser uma variável aleatória com estrutura de

correlação espacial, a geoestatística é indicada para análise da variabilidade espacial. Esta análise,

associada à análise da variabilidade temporal e ao conhecimento dos padrões de precipitação,

tornam-se instrumentos importantes para avaliação da eficiência de redes pluviométricas. Este

trabalho apresenta uma avaliação de rede pluviométrica e análise da variabilidade espacial da

precipitação, na Bacia do Rio Ipojuca em Pernambuco. Para isto, utilizou-se a geoestatística e

outros métodos determinísticos usualmente empregados na determinação das densidades, números

de pluviômetros, interpolação de variáveis e estimativa de precipitação anual média. Nesse sentido,

foram utilizados as recomendações da Organização Mundial de Meteorologia (OMM), a precisão

desejada segundo os objetivos principais, os polígonos de Thiessen e o inverso do quadrado da

distância. A precipitação anual média e o coeficiente de irregularidade foram analisados utilizando

o inverso do quadrado da distância e as técnicas geoestatísticas de krigagem ordinária e Co-

krigagem. A partir de um diagnóstico realizado na bacia, foi possível identificar uma rede

pluviométrica adequada à aplicação de todos estes métodos. O arcabouço metodológico utilizado

reforçou os conhecimentos atuais sobre precipitação na bacia. As duas variáveis apresentaram forte

estrutura de correlação espacial, ressaltando a necessidade de tratá-las como variáveis

regionalizadas. Dentre os métodos utilizados, os geoestatísticos mostraram-se mais adequados,

embora não houvesse vantagem na utilização da Co-krigagem na área em estudo, quando

comparado com a krigagem ordinária. As metodologias geoestatísticas, além de permitirem a

avaliação da precipitação anual média e de realizar interpolações em pontos não amostrados, com o

menor erro de estimativa, permitem quantificar esses erros. Dessa forma, em uma análise posterior

para reestruturação da rede pluviométrica pode-se utilizar esse elemento, além de outros, como

indicador para locação, reativação e desativação de estações.

vi

ABSTRACT

The analysis of the rainfall behavior in a watershed is of fundamental importance for the

planning and management of water resources. As a random variable with spatial correlation

structure, the use of geostatistics is indicated for the analyses of spatial variability of precipitation.

These analyses, associated to the temporal variability analysis and to the knowledge of rainfall

patterns, are important instruments for evaluation of the efficiency of a pluviometric network. This

work presents an evaluation of the pluviometric network and the analysis of the spatial variability of

precipitation in the Ipojuca's River Basin, Pernambuco State, Brazil. Geostatistics was used, along

with other methods employed in the determination of the densities of pluviometers, interpolation of

variables and aerial average estimates. In this sense, the following methods were used: the

recommendations of the World Meteorological Organization (WMO), the method of the desired

precision according to the main objectives, the polygons of Thiessen and the inverse of the square

of the distance. For the aforementioned techniques and Geostatistics, the medium annual rainfall

rate and the coefficient of irregularity were analyzed, using both Ordinary Kriging and Co-kriging.

Starting from a diagnosis accomplished in the basin, it was possible to identify an appropriate

rainfall network, adequate to the application of all these methods. The applied methodology

reinforced the current knowledge about rainfall patterns in the watershed. The two variables

presented strong spatial correlation structure, pointing out the need of treating them as regional

variables. Among the used methods, Geostatistics proved to be more appropriate, although Co-

kriging wasn’t that successful. The geostatistics methodologies, besides allowing the evaluation of

the rainfall annual rate and accomplishing interpolations in non-measured points in space, with the

minimum estimate errors, allow to quantifying these errors. In that way, in a subsequent analysis for

restructuring the rainfall network, this element can be used, as well as other ones, as an indicator for

locating new and suggesting reactivation and desactivation of stations.

vii

SUMÁRIO

CAPÍTULO I – CONSIDERAÇÕES INICIAIS................................................................. 01

I.1 – Introdução....................................................................................................................... 02

I.2 – Objetivo geral.................................................................................................................. 04

I.3 – Objetivos específicos...................................................................................................... 04

CAPÍTULO II – FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E REVISÃO DA LITERATURA 05

II. 1 – A importância e a situação das águas........................................................................... 06

II. 2 – Gestão dos recursos hídricos........................................................................................ 09

II. 3 – Planos de recursos hídricos........................................................................................... 10

II. 4 – Climatologia................................................................................................................. 13

II. 5 – Sistemas meteorológicos.............................................................................................. 14

II. 6 – Pluviometria.................................................................................................................. 15

II. 7 – Estações pluviométricas............................................................................................... 16

II. 8 – Redes de monitoramento pluviométrico....................................................................... 17

II. 9 – Planejamento e avaliação das redes pluviométricas..................................................... 18

II. 10 – Histórico pluviométrico em Pernambuco................................................................... 20

II. 11 – A Rede Hidrometeorológica Nacional....................................................................... 22

II. 12 – As Recomendações da Organização Mundial de Meteorologia................................. 23

II. 13 – O método de Thiessen................................................................................................ 24

II. 14 – O Critério da precisão desejada segundo os objetivos principais............................... 25

II. 15 – O Critério das características meteorológicas dominantes de uma região................ 25

II. 16 – O Método do Inverso do quadrado da distância......................................................... 26

II. 17 – Noções de Geoestatística............................................................................................ 27

II. 18 – O Método Kriging...................................................................................................... 32

II. 19 – O Método Co-kriging................................................................................................. 33

II. 20 – Revisão da literatura................................................................................................... 34

CAPÍTULO III – ÁREA DE ESTUDO............................................................................... 43

III 1 – Características gerais da Bacia do Rio Ipojuca............................................................ 44

III. 1.1 – Localização e divisões especiais.............................................................................. 44

III. 1.2 – Aspectos econômicos e sociais................................................................................ 46

III. 1.3 – Caracterizações climáticas e meteorológicas........................................................... 49

III. 1.4 – Uso do solo e vegetação........................................................................................... 52

viii

III. 1.5 – Hidrografia e relevo................................................................................................. 53

CAPÍTULO IV – MATERIAIS E MÉTODOS................................................................... 55

IV. 1 – Definição de uma rede pluviométrica específica na Bacia do Ipojuca....................... 56

IV. 1.1 – Diagnóstico pluviométrico....................................................................................... 56

IV. 1.2 – Escolha da instituição operadora.............................................................................. 61

IV. 1.3 – Seleção das estações e formação do banco de dados............................................... 62

IV. 1.4 – Configuração da rede específica.............................................................................. 63

IV. 1.5 – Determinação dos parâmetros estatísticos e análise de freqüências........................ 65

IV. 1.6 – Determinação dos coeficientes de variação espacial e temporal.............................. 68

IV. 2 – Metodologias mais utilizadas para avaliação de redes pluviométricas e análise da

variabilidade espacial da precipitação..................................................................................... 69

IV. 2.1 – Recomendações da Organização Mundial de Meteorologia.................................... 69

IV. 2.2 – Critério da precisão desejada segundo os objetivos principais................................ 72

IV. 2.3 – Método dos polígonos de Thiessen.......................................................................... 72

IV. 2.4 – Método do Inverso do quadrado da distância........................................................... 73

IV. 2.5 – Métodos geoestatísticos............................................................................................ 75

IV. 2.5.1 – Método Kriging..................................................................................................... 79

IV. 2.5.2 – Método Co-kriging................................................................................................ 80

CAPÍTULO V – RESULTADOS E DISCUSSÕES............................................................ 81

V. 1 – Avaliação da eficácia da rede pluviométrica específica............................................... 82

V. 1.1 – Densidades pluviométricas segundo as recomendações da OMM............................ 82

V. 1.2 – Número de pluviômetros segundo a precisão desejada............................................. 85

V. 2 – Análise da variabilidade espacial, estimativa e padrões da precipitação anual média. 85

V. 2.1 – O método dos polígonos de Thiessen........................................................................ 85

V. 2.2 – O método do Inverso do quadrado da distância......................................................... 87

V. 2.2.1 – Análise da distribuição espacial da precipitação anual média................................ 87

V. 2.2.2 – Estimativa da precipitação anual média na bacia................................................... 89

V. 2.2.3 – Análise dos padrões de precipitação....................................................................... 89

V. 2.3 – Krigagem................................................................................................................... 90


V. 2.3.2 – Estimativa da precipitação anual média na bacia................................................... 94

V. 2.3.3 – Análise da variabilidade espacial da precipitação.................................................. 94

V. 2.3.4 – Análise dos padrões de precipitação....................................................................... 98

ix

V. 2.4 – Co-krigagem.............................................................................................................. 100


V. 2.4.2 – Discussões sobre a aplicação do método co-kriging na Bacia do Ipojuca.............. 104

CAPÍTULO VI – CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES............................................. 105

VI. 1 – Conclusões.................................................................................................................. 106

VI. 2 – Recomendações........................................................................................................... 107

CAPÍTULO VII – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS................................................ 108

VII. 1 – Referências bibliográficas......................................................................................... 109

CAPÍTULO VIII – ANEXOS............................................................................................... 115

VIII. 1 – Coeficientes de variação espacial e temporal........................................................... 116

VIII. 2 – Relatórios finais do ArcGIS..................................................................................... 118

VIII. 3 – Mapa Rodoviário, Municipal e Hidrográfico........................................................... 123

VIII. 4 – Mapa Hipsométrico.................................................................................................. 124

x

LISTA DE FIGURAS

Figura II. 1 – Distribuição das vazões específicas para cada região brasileira..................... 08

Figura II. 2 – Modelo semivariográfico típico...................................................................... 30

Figura II. 3 – Comportamento do semivariograma no efeito pepita puro............................. 30

Figura III. 1 – Localização da bacia hidrográfica do Rio Ipojuca........................................ 45

Figura III. 2 – Divisão Hidrográfica de Pernambuco em Unidades de Planejamento

Hídrico…………………………………………………………………………..…………. 47

Figura III. 3 – Polígono das secas na Região Nordeste........................................................ 50

Figura III. 4 – Repartição das precipitações anuais médias na Bacia do Ipojuca................. 51

Figura III. 5 – Mapa da localização de registros pluviométricos na Bacia do Rio Ipojuca.. 52

Figura III. 6 – Perfil longitudinal do Rio Ipojuca................................................................. 54

Figura IV. 1 – Estação pluviométrica com pluviômetro convencional, sem cercado,

operado pela SECTMA em 2003, no município de Sanharó................................................. 59

Figura IV. 2 – Estação meteorológica com pluviômetro telemétrico (PCD), operado pela

SECTMA em 2003, no município de Caruaru....................................................................... 59

Figura IV. 3 – Estação pluviométrica com pluviômetro convencional, com cercado,

operado pela CPRM em 2003, no município de Poção.......................................................... 9

Figura IV. 4 – Rede pluviométrica operada na Bacia do Ipojuca em 2004.......................... 60

Figura IV. 5 - Rede pluviométrica específica....................................................................... 63

Figura IV. 6 – Períodos de observação hidrológica da rede específica................................. 64

Figura IV. 7 – Gráfico das precipitações máximas, médias e mínimas das séries anuais

médias em cada estação.......................................................................................................... 65

Figura IV. 8 – Distribuição normal das precipitações anuais médias................................... 67

Figura IV. 9 – Distribuição log-normal das precipitações anuais médias............................. 67

Figura IV. 10 – Distribuição normal dos coeficientes de irregularidade.............................. 67

Figura IV. 11 – Distribuição log-normal dos coeficientes de irregularidade........................ 67

Figura IV. 12 – Distribuição normal das altitudes................................................................ 68

Figura IV. 13 – Distribuição log-normal das altitudes.......................................................... 68

Figura IV. 14 – Divisão da Bacia do Ipojuca segundo a divisão do polígono das secas..... 70

Figura IV. 15 – Estimativa de um ponto no ArcGIS segundo o Inverso do quadrado da

distância.................................................................................................................................. 74

Figura IV. 16 – Malha de pontos para estimativa da precipitação anual média com o

Inverso do quadrado da distância........................................................................................... 75

Figura IV. 17 – Transformação estatística e remoção de tendência no ArcGIS.................. 76

xi

Figura IV. 18 – Estimativa de pontos no ArcGIS utilizando a anisotropia........................... 77

Figura IV. 19 – Comportamento espacial das variáveis........................................................ 77

Figura V. 1 – Densidades relativas da rede pluviométrica nas partes Leste e Oeste............ 84

Figura V. 2 – Polígonos de Thiessen da rede específica na Bacia do Ipojuca...................... 86

Figura V. 3 – Regressão linear dos valores medidos e estimados para as precipitações

anuais médias com o Inverso do quadrado da distância......................................................... 88

Figura V. 4 – Mapa das precipitações anuais médias com Inverso do quadrado da

distância.................................................................................................................................. 88

Figura V. 5 – Regressão linear dos valores medidos e estimados para os coeficientes de

irregularidade com o Inverso do quadrado da distância......................................................... 90

Figura V. 6 – Mapa dos coeficientes de irregularidade com Inverso do quadrado da

distância.................................................................................................................................. 90

Figura V. 7 – Semivariograma esférico ajustado para precipitação anual média com

Kriging.................................................................................................................................... 91

Figura V. 8 – Regressão linear dos valores medidos e estimados para a precipitação

anual média com Kriging....................................................................................................... 92

Figura V. 9 – Erros normalizados e valores normais na precipitação anual média com

Kriging.................................................................................................................................... 92

Figura V. 10 – Mapa da precipitação anual média com Kriging........................................... 93

Figura V. 11 – Mapa das estimativas de erros da precipitação anual média com

Kriging.................................................................................................................................... 93

Figura V. 12 – Mapa da precipitação anual média no ano de média variabilidade espacial

com Kriging............................................................................................................................ 95

Figura V. 13 – Mapa da precipitação anual média no ano de maior variabilidade espacial

com Kriging............................................................................................................................ 95

Figura V. 14 – Mapa da precipitação anual média no ano de menor variabilidade espacial

com Kriging............................................................................................................................ 97

Figura V. 15 Semivariograma esférico ajustado para os coeficientes de irregularidade

com kriging............................................................................................................................. 98

Figura V. 16 – Regressão linear dos valores medidos e estimados para os coeficientes de

irregularidade com Kriging.................................................................................................... 99

Figura V. 17 – Erros normalizados e valores normais nos coeficientes de irregularidade

com Kriging............................................................................................................................ 99

Figura V. 18 – Mapa dos coeficientes de irregularidade com Kriging................................. 100

xii

Figura V. 19 – Mapa das estimativas de erros dos coeficientes de irregularidade com

Kriging.................................................................................................................................... 100

Figura V. 20 – Ajuste do semivariograma gaussiano na precipitação anual média e

altitude com Co-kriging.......................................................................................................... 101

Figura V. 21 – Regressão linear dos valores medidos e estimados para a precipitação

anual média e altitude com Co-kriging................................................................................... 102

Figura V. 22 – Erros normalizados e valores normais para a precipitação anual média e

altitude com Co-kriging.......................................................................…............................... 102

Figura V. 23 – Mapa da precipitação anual média e altitude com Co-kriging...................... 103

Figura V. 24 – Mapa das estimativas de erros da precipitação anual média e altitude com

Co-kriging............................................................................................................................... 103

Figura V. 25 – Comparação de tendências entre a precipitação anual média e a altitude na

Bacia do Ipojuca..................................................................................................................... 104

Figura VIII. 1 – Relatório final das precipitações anuais médias com o inverso do

quadrado da distância............................................................................................................. 118

Figura VIII. 2 – Relatório final dos coeficientes de irregularidade com o inverso do

quadrado da distância............................................................................................................. 118

Figura VIII. 3 – Relatório final das precipitações anuais médias com kriging.................... 119

Figura VIII. 4 – Relatório final das precipitações anuais médias no ano de média

variabilidade espacial com kriging......................................................................................... 119

Figura VIII. 5 – Relatório final das precipitações anuais médias no ano de máxima


Figura VIII. 6 – Relatório final das precipitações anuais médias no ano de mínima


Figura VIII. 7 – Relatório final dos coeficientes de irregularidade com kriging................. 121

Figura VIII. 8 – Relatório final das precipitações anuais médias com co-kriging............... 122

xiii

LISTA DE TABELAS

Tabela II. 1 – Órgãos operadores de redes pluviométricas no Estado de Pernambuco em

2003..................................................................................................................................... 22

Tabela II. 2 – Modelo original para densidades mínimas das redes pluviométricas

(WMO, 1984)...................................................................................................................... 23

Tabela II. 3 – Modelo revisado para densidades mínimas das redes pluviométricas

(WMO, 1994)...................................................................................................................... 23

Tabela III. 1 – Áreas dos municípios da Bacia do Ipojuca................................................ 44

Tabela III. 2 – Índice de Desenvolvimento Humano dos municípios da Bacia do Rio

Ipojuca................................................................................................................................. 46

Tabela III. 3 – Vegetação e uso do solo............................................................................. 53

Tabela IV. 1 – Estações pluviométricas operadas na Bacia do Rio Ipojuca no ano de

2004..................................................................................................................................... 60

Tabela IV. 2 – Banco de dados hidrológicos...................................................................... 63

Tabela IV. 3 – Estatísticas obtidas na Distribuição normal e log-normal das

variáveis............................................................................................................................... 66

Tabela IV. 4 – Determinação das áreas das partes Leste e Oeste....................................... 70

Tabela IV. 5 – Determinação das populações das partes Leste e Oeste............................. 71

Tabela IV. 6 – Determinação das densidades demográficas das partes Leste e

Oeste.................................................................................................................................... 71

Tabela IV. 7 – Precipitação anual média e áreas de influência segundo Thiessen............ 73

Tabela IV. 8 – Determinação do semivariograma teórico através da validação

cruzada................................................................................................................................. 78

Tabela V. 1 – Quantidades de pluviômetros e densidades pluviométricas das partes

Leste e Oeste........................................................................................................................ 83

Tabela V. 2 – Determinação do número de pluviômetros segundo a precisão desejada.... 85

Tabela V. 3 – Identificação das estações nos polígonos de Thiessen na Bacia do

Ipojuca................................................................................................................................. 86

Tabela V. 4 – Relatório dos parâmetros para as precipitações anuais médias com o

Inverso do quadrado da distância........................................................................................ 88

Tabela V. 5 – Relatório dos parâmetros para os coeficientes de irregularidade com o

Inverso do quadrado da distância........................................................................................ 89

Tabela V. 6 – Relatório dos parâmetros e validação cruzada para a precipitação anual

média com Kriging.............................................................................................................. 92

xiv

Tabela V. 7 – Comparação de métodos no cálculo da precipitação anual média............... 94


média no ano de média variabilidade espacial com kriging................................................ 95

Tabela V. 9 – Relatórios de parâmetros e validação cruzada para a precipitação anual

média no ano de máxima variabilidade espacial com Kriging............................................ 96


média no ano de mínima variabilidade espacial com Kriging............................................. 97

Tabela V. 11 – Relatório dos parâmetros e validação cruzada para os coeficientes de

irregularidade com Kriging................................................................................................. 99


média e altitude com Co-kriging......................................................................................... 102

Tabela V1II. 1 – Coeficientes de variação espacial e temporal......................................... 116

xv

LISTA DE SIGLAS

ANA - Agencia Nacional de Águas;

ANEEL - Agencia Nacional de Energia Elétrica;

CERH - PE - Conselho Estadual de Recursos Hídricos de Pernambuco;

CHESF - Companhia Hidrelétrica do São Francisco;

CODECIPE - Companhia de Defesa Civil de Pernambuco;

COMPESA - Companhia Pernambucana de Saneamento;

CPATSA - Centro de Pesquisa Agronômica do Trópico Semi-Árido;

CPTEC - Centro de Previsão do Tempo e Estudos Climáticos;

CPRM / SGB - Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais / Serviço Geológico do Brasil;

DAEE - Departamento de Água e Energia Elétrica de São Paulo;

DNAEE - Departamento Nacional de Água e Energia Elétrica;

DNOCS - Departamento Nacional de Obras Contra a Seca;

EBAPE - Empresa de Abastecimento e Extensão Rural do Estado de Pernambuco;

EMATER - Empresa de Assistência Técnica e Extensão Rural de Pernambuco;

EMBRAPA - Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária;

ESRI - Environmental Systems Research Institute;

GIS -Geography Information System;

GPS - Global Positioning System;

IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística;

INFRAERO - Empresa de Infraestrutura Aeroportuária;

INMET - Instituto Nacional de Meteorologia;

INPE - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais;

IPA - Instituto de Pesquisa Agropecuária;

IPEA - Instituto de Pesquisa Econômica Aplicada;

ITEP - Instituto de Tecnologia de Pernambuco;

LAMEPE - Laboratório de Meteorologia de Pernambuco;

MMA - Ministério do Meio Ambiente e Amazônia Legal;

MME - Ministério de Minas e Energia;

OMM - Organização Mundial de Meteorologia;

PCD - Plataforma de Coleta de Dados;

PDRH - Plano Diretor de Recursos Hídricos;

PERH – PE - Plano Estadual de Recursos Hídricos de Pernambuco;

xvi

PIB - Produto Interno Bruto;

PMPE - Polícia Militar de Pernambuco;

PNUD - Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento;

PROHD - Programa de Homogeneização de Dados;

RMR - Região Metropolitana do Recife;

SECTMA - Secretaria de Ciências, Tecnologia e Meio Ambiente;

SIRH – PE - Sistema de Informações de Recursos Hídricos do Estado de Pernambuco;

SNIRH - Sistema Nacional de Informações sobre Recursos Hídricos;

SIG - Sistema de Informação Geográfica;

SRH - PE - Secretaria de Recursos Hídricos do Estado de Pernambuco;

SUDENE - Superintendência de Desenvolvimento do Nordeste;

WMO - World Meteorological Organization

UNESCO - Organização Cultural, Científica e Educacional das Nações Unidas;

UTM - Universal Transversa de Mercator;

xvii

CAPÍTULO I

CONSIDERAÇÕES INICIAIS

Capítulo I Considerações Iniciais

I.1 – Introdução

A necessidade de melhor gerenciar os recursos hídricos decorre da preocupação que atualmente

assola a humanidade quanto aos seus limites de aproveitamento. O conhecimento da precipitação

durante o ano é o fator determinante para estimar, entre outros, a necessidade de irrigação de

culturas e o abastecimento de água doméstico e industrial afirmam (BERTONI & TUCCI, 1993).

Sendo assim, o conhecimento das precipitações, indiscutivelmente, assume um requisito

fundamental ao desenvolvimento socioeconômico de uma região ou uma bacia hidrográfica. A

estimativa dos seus valores mais prováveis, a identificação das áreas de ocorrências e a regularidade

com que as mesmas se distribuem, constituem informações imprescindíveis ao planejamento

hídrico.

Diante deste cenário, aumenta também a necessidade de melhoramento da eficiência das redes

pluviométricas, impondo-lhes uma condição cada vez mais importante na geração de dados

pluviométricos, de boa qualidade e quantidade adequada às análises diversas. O estudo detalhado da

variabilidade temporal e espacial das precipitações passa a ser o segmento que conduzirá sempre à

configuração ótima das redes pluviométricas. Entretanto, GOMES & SILANS (2000) afirmaram

que pouca atenção foi dada à técnica de avaliação da variação espacial da precipitação, já que desde

os trabalhos de THIESSEN (1911), esta técnica é efetuada de modo corriqueiro utilizando os

chamados Polígonos de Thiessen.

Os primeiros estudos que trataram da variabilidade espacial dos fenômenos naturais,

praticamente tiveram seus inícios no começo do século passado, cuja área de interesse se

concentrou nas pesquisas voltadas à variabilidade de atributos dos solos, que por sua vez viriam a

otimizar as práticas agrícolas.

Os conceitos da Estatística Clássica sempre se mantiveram presentes no estudo da distribuição

espacial. Entretanto, VIEIRA (2000) afirmou que a sua supremacia foi questionada na África do Sul

pelo engenheiro KRIGE (1951), dando origem ao Método geoestatístico de krigagem, através das

experiências voltadas, desta vez, para concentração de minérios, as quais identificaram as

dependências entre as coleções de dados espacializados, contradizendo alguns fundamentos desta

Estatística. Afirmou ainda que MATHERON (1963), baseado nos trabalhos deste engenheiro,

desenvolveu na França a Teoria das variáveis regionalizadas, a qual viria consolidar a

Geoestatística como uma ciência, sendo DELHOMME (1976) o pioneiro na aplicação em

Hidrologia.

A Organização Mundial de Meteorologia (OMM) estabeleceu regras gerais para o

dimensionamento das redes hidrológicas, publicando as Recomendações para densidades mínimas

desde 1965 até hoje bastante utilizadas, segundo suas atualizações e reedições, caracterizadas pela

facilidade de aplicação. A mesma organização também publicou outras Técnicas específicas usadas

2


para projeto de redes (WMO nº 580, 1982). Porém, praticamente não se verificaram muitas

evidências de suas aplicações no decorrer dos tempos. É possível também destacar, entre outros

critérios divulgados pela Universidade de Laval (LLAMAS, 1993): a Precisão desejada segundo os

objetivos principais, as Características meteorológicas dominantes em uma região e a Experiência

internacional, este último envolvendo os estudos de W. B. LANGBEIN, publicados pela WMO nº

15 (1965) segundo (LLAMAS, 1993). Todos indicados para o planejamento das redes

pluviométricas, embora as pesquisas comprovem suas maiores utilizações sob forma de citações do

que propriamente as aplicações.

Diante dos recursos apropriados, é possível afirmar que a Geoestatística, mesmo dispondo de

interpoladores mais precisos, praticamente tem sua aplicabilidade ainda bastante restrita, ou seja,

limitando-se, quase que totalmente às pesquisas de caráter acadêmicos e sem fins exeqüíveis. As

Recomendações da OMM para densidades mínimas ainda são os instrumentos usados para

avaliação das redes hidrológicas embora se reconheçam as suas relativas imprecisões. No entanto, o

uso da geoestatística para avaliação de redes hidrológicas tende a despertar sua importância e

adequabilidade para o planejamento dessas redes.

Mesmo reconhecendo a importância dos métodos geoestatísticos, as suas aplicações requerem

uma grande extensão de cálculos, associados a um certo grau de complexidade. Vale salientar que

tais obstáculos vêm sendo cada vez mais simplificados devido ao grande avanço da informática,

dispondo cada vez mais de softwares específicos no mercado. Outro complicador que se pode

verificar é a exigência das séries temporais históricas, que nem sempre são disponíveis ou

encontram-se com poucas condições de trabalhabilidade. Este fato pode ser atribuído ao

desinteresse de alguns Governos quanto à perseverança nos programas de hidrologia. Estas

dificuldades podem justificar um estímulo à utilização corrente das Recomendações da OMM.

É preciso conscientizar-se que os métodos e critérios tradicionais, apesar do reconhecimento às

grandes contribuições científicas que continuam conduzindo às pesquisas, devem moderadamente

ser complementados ou substituídos por ferramentas de maiores acerácias, como a Krigagem e a

Co-krigagem, ou outros métodos geoestatísticos, a fim de que o bom rendimento das redes

pluviométricas e os resultados dos estudos da variabilidade espacial sejam mais eficazes, mesmo

admitindo a insuficiência de informações hidrológicas adequadamente disponíveis.

Este trabalho vem oportunizar uma discussão sobre os métodos e critérios que vem sendo mais

utilizados nas avaliações das redes pluviométricas e nas análises da variabilidade espacial das

precipitações. A Bacia do Rio Ipojuca foi escolhida como área para este estudo, uma vez

reconhecida a importância que a mesma representa no contexto socioeconômico do Estado de

Pernambuco.

3


I.2 – Objetivo geral

Avaliar rede pluviométrica e analisar a variabilidade espacial da precipitação em bacias

hidrográficas através da aplicação de diferentes ferramentas.

I.3 – Objetivos específicos

• Avaliar a rede pluviométrica da Bacia do Rio Ipojuca promovendo diagnóstico de sua

adequabilidade;

• Analisar a variabilidade espacial da precipitação anual média e do coeficiente de

irregularidade meteorológica na Bacia do Rio Ipojuca;

• Fornecer subsídios para proposta de reestruturação da rede pluviométrica da Bacia do Rio

Ipojuca.

4

CAPÍTULO II

FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E REVISÃO DA LITERATURA

Capítulo II Fundamentação Teórica e Revisão da Literatura

II. 1 – A importância e a situação das águas

A água é a fonte de manutenção da vida de todos os seres que habitam a biosfera do nosso

planeta. Considerada um mineral inorgânico, formado de oxigênio e hidrogênio, está sempre

presente nas reações bioquímicas essenciais à existência de todas as espécies, inclusive o Homem,

constituído por cerca de 70% desse mineral, o qual desempenha funções fisiológicas fundamentais.

As moléculas da água participam ativamente das reações fotossintéticas dos vegetais, resultando

na produção de oxigênio e matéria orgânica, iniciando assim a cadeia alimentar, onde o Homem

igualmente aos demais seres vivos, retira os recursos indispensáveis à sua sobrevivência.

A circulação natural da água no Planeta Terra ocorre em todos os estados físicos, percorrendo os

ambientes atmosféricos, terrestres e subterrâneos, através de ciclos contínuos, impulsionados pela

ação da energia solar associada à força gravitacional. Esse movimento recebe o nome de ciclo

hidrológico.

Para quantificar os volumes armazenados em cada fase deste ciclo de forma equilibrada, a

engenharia hidrológica dispõe de ferramentas empíricas e probabilísticas capazes de identificar

aproximadamente esses valores, como a determinação do “balanço hídrico”. A equação do balanço

hídrico pode ser aplicada de maneira global, em uma região em estudo ou nas bacias hidrográficas.

Entre os diversos usos da água, o que exige maior grau de pureza é o abastecimento humano,

por isso é considerada a mais nobre das utilizações. A ingestão ou o contato direto, quando não

providos de qualidades satisfatórias, pode torná-la nociva à saúde pública, podendo ocasionar

graves epidemias através da veiculação hídrica.

O crescimento das atividades consideradas de alta demanda de água, como as atividades

industriais, agropecuárias, produção de energia, entre outras, é devido ao aumento das populações.

A expectativa para o futuro quanto à incerteza da sua disponibilidade, em volume e em qualidade,

apresenta-se com alto grau de comprometimento, devido aos inadequados processos de

aproveitamento deste recurso que se vem constatando, associado principalmente à disposição dos

rejeitos resultantes das atividades humanas nas bacias hidrográficas, além da escassez das ofertas

provocada pelo antropismo, na maioria das vezes.

FREITAS & SANTOS (2000) afirmaram que os levantamentos realizados pela Organização

Mundial das Nações Unidas - OMM indicaram que um terço da população mundial vive em regiões

de moderado a alto estresse hídrico, e que as estatísticas demonstraram claramente que nos

próximos 30 anos a situação global das reservas tenderá consideravelmente a piorar, caso não

ocorram ações emergenciais para melhoria da oferta em relação à demanda d’água.

Embora as fontes hídricas possam ser consideradas abundantes, freqüentemente apresentam

uma distribuição desuniforme na superfície da Terra. Em alguns lugares, as retiradas são bastante

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elevadas em comparação à oferta, justificando assim uma substancial redução das disponibilidades

superficiais e um decréscimo das reservas subterrâneas.

A ocupação inadequada do solo nas bacias hidrográficas e a má utilização desse bem no

ambiente natural, em conjunto com outros fatores ligados à urbanização e industrialização, vem

provocando alterações climáticas, afetando diretamente o balanço hídrico, com repercussão em

ocorrências de secas e inundações inesperadas, seguidas de prejuízos às populações e aos governos

em várias escalas econômicas e sociais. A primeira torna-se castigante por se estender em longos

períodos de estiagens, enquanto a segunda, a abundância súbita impossibilita em alguns casos a

capacidade de prevenção, resultando em graves sinistros.

O aquecimento causado pelo efeito estufa também influencia a circulação da água na terra,

aumentando a temperatura e conseqüentemente a evaporação, que, junto a outros fatores, pode

aumentar a precipitação em umas regiões e diminuir em outras. Além disso, a variabilidade

interanual da precipitação vem sendo afetada freqüentemente pelos fenômenos do El Niño e La

Niña.

As atividades antrópicas exercidas ao longo do tempo sobre o meio ambiente, na utilização dos

recursos hídricos disponíveis, desenvolveram-se sob a consideração de que estes recursos teriam

uma capacidade de regeneração ilimitada e sua quantidade seria inesgotável. Isto decorreu em um

quadro de escassez de água e degradação do meio ambiente. Apesar das vigentes legislações que

tratam das questões relacionadas à preservação do meio ambiente, a fiscalização por parte dos

órgãos competentes ainda não corresponde ao sucesso desejável.

O crescimento demográfico e a irregularidade na distribuição espacial das concentrações

populacionais podem ser considerados alguns dos maiores obstáculos para o gerenciamento dos

recursos hídricos, no que diz respeito ao atendimento aos volumes demandados, seguidos da

respectiva redução da capacidade qualitativa para aproveitamento dos corpos d’água,

conseqüentemente avariados. Os locais das concentrações populacionais, onde geralmente se

constatam maiores demandas em relação às ofertas, nem sempre coincidem com os locais das

disponibilidades hídricas.

A escassez e a má qualidade das águas para suas devidas utilizações exigem dos Governos mais

atenção e investimentos na área de pesquisa, visando a aplicação de novas alternativas

acompanhadas de tecnologias mais avançadas. Práticas como recuperação dos mananciais hídricos,

racionalização do consumo e redução dos desperdícios, inclusive o estímulo à educação ambiental,

são metas imprescindíveis a serem estabelecidas de forma a garantir a perpetuação do recurso para

o futuro. A intensificação da aplicação dos instrumentos das leis que protegem os recursos hídricos

consiste também em caminho auspicioso para reversão do quadro.

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MAIA NETO (1997) afirma que no terceiro milênio as maiores imposições das sociedades aos

governos em busca de melhores qualidades de vida poderão acontecer em decorrência da possível

escassez do alimento, emprego e água, se não forem adotadas medidas estratégicas com visão de

futuro, reduzindo os desperdícios, recuperando a qualidade dos mananciais hídricos, racionalizando

o consumo e avançando em tecnologia racional de exploração hídrica.

Os conflitos provenientes das disputas pelos usos das águas já começam a acontecer em todas as

partes, e o desafio torna imprescindível às tomadas de decisões com base na gestão dos recursos

hídricos, começando por otimizar a coleta dos dados hidrológicos através das redes de

monitoramento, para assim assegurar informações suficientes para os estudos e projetos que visem

melhorar e disciplinar o aproveitamento desse recurso.

O Brasil pode ser considerado um país privilegiado por ocupar uma área detentora de 12 a 15%

do total do volume de água doce e líquida que circula na terra. Cerca de 58.000 km3 em

armazenamento subterrâneo e 257.790 m3/s escoando na superfície. A principal desvantagem

decorre da sua exuberância territorial, associada à grande diversidade climática constatada em suas

cinco regiões geográficas, onde as precipitações ocorrem diferentemente. Isso significa que esse

vasto potencial hídrico encontra-se distribuído de maneira desuniforme. As descargas específicas

superficiais para cada região brasileira estão apresentadas na Figura II.1.

Vazões específicas (l/s/km2)

3,8

11,414,9

20,7

33,8

Nordeste Sudeste Centro-Oeste Sul Norte

Figura II. 1 - Distribuição das vazões específicas para cada região brasileira (Maia Neto, 1997).

Na Região Norte, o Rio Amazonas é considerado o maior rio do mundo em volume d’água,

onde seus altos índices pluviométricos garantem a perenização da sua malha fluvial. Já na região

Nordeste, marcada pelo conhecido “polígono das secas”, predomina o clima semi-árido,

caracterizado pelos baixos registros pluviométricos e altos registros evaporimétricos, os quais

contribuem para a manutenção da intermitência de grande parte da sua rede de drenagem.

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II. 2 – Gestões dos recursos hídricos A necessidade de melhor gerenciar a água vem se ampliando em todos paises. Segundo

LANNA (1993), com o aumento da intensidade e variedade dos usos ocorrem conflitos entre

usuários. As formas mais eficientes de evitar e administrar esses conflitos estão na gestão integrada

do uso, controle e conservação dos recursos hídricos. Isso envolve a consideração de uma grande

diversidade de objetivos (econômicos, ambientais, sociais, etc.), usos (irrigação, geração de energia,

abastecimento, etc.) e alternativas. Desse quadro, o planejamento dos recursos hídricos aparece

como uma atividade complexa, que envolve grande número de disciplinas e que deve ser aplicado

por equipes multi e interdisciplinares.

No Brasil, o Governo Federal e os Estaduais assumiram efetivamente a prioridade desse recurso

natural, assegurando o beneficiamento da sociedade, estruturando sistemas de gerenciamento que

incorporassem as diretrizes para um modelo de gestão.

A Constituição brasileira de 1988 estabeleceu o Sistema Nacional de Gerenciamento de

Recursos Hídricos. Em 08 de janeiro de 1997, foi aprovada a Lei Federal nº 9.433 que instituiu a

Política Nacional de Recursos Hídricos e criou o Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos

Hídricos, regulamentando o inciso I do artigo 21 dessa Constituição, que dá competência à União

de explorar e instituir esse sistema de gerenciamento, definindo critérios de outorga de direitos de

uso.

Essa Lei, que instituiu a nova política, fixou alguns atributos inovadores que lhe deram um

caráter personalizado. Nos fundamentos, a água é tratada como um bem de domínio público,

limitado e dotado de valor econômico. A gestão deve ser praticada de forma descentralizada,

contando sempre com a participação do Poder Público, das comunidades e dos usuários das

múltiplas utilizações das águas, tendo a bacia hidrográfica como unidade territorial, com direito à

criação de comitês representativos. O direito de uso tem como objetivo assegurar o controle

quantitativo e qualitativo dos usos e passa a ficar sujeito à cobrança, conforme seja outorgado.

Além das diretrizes gerais de ação, os Planos de Recursos Hídricos integraram os instrumentos

dessa Lei. Os Planos de Recursos Hídricos são planos diretores que visam fundamentar e orientar a

implementação de seus programas e projetos geralmente em longo prazo. Outro instrumento

importante é o Sistema Nacional de Informações sobre Recursos Hídricos - SNIRH, devendo este

ser alimentado a partir dos dados gerados pelos órgãos integrantes desse sistema de gerenciamento.

Reconhecida como uma política moderna e inovadora, inspirada no exemplo francês, sua

implementação viabilizou a criação de uma agência, cujo objetivo seria disciplinar a utilização dos

mananciais superficiais e subterrâneos, de forma a evitar a poluição e o desperdício, para assim

garantir água de boa qualidade às gerações futuras. Para isso foi criada a Agência Nacional de

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Águas - ANA, ligada ao Ministério do Meio Ambiente, cujo projeto de criação ocorreu em 20 de

julho de 2001, através da Lei nº 9.984.

Em 17 de janeiro de 1997, mesmo ano em que se instituiu a Política Nacional de Recursos

Hídricos, o Estado de Pernambuco aprovou duas Leis Estaduais: a primeira instituiu a Política

Estadual de Recursos Hídricos, através da Lei nº 11.426, baseada nos princípios da Lei Nacional; a

segunda, Lei nº 11.427, tratou da conservação e proteção das águas subterrâneas do Estado,

implantando como medida, a licença para a exploração de poços, outorga, cadastramento e

fiscalização.

Para torná-las o marco inicial para instituição das políticas estabelecidas foi criada a Secretaria

de Ciências, Tecnologia e Meio Ambiente do Estado de Pernambuco - SECTMA em 1998. Neste

mesmo ano foi finalizada a elaboração do Plano Estadual de Recursos Hídricos de Pernambuco –

PERH-PE, devidamente compatibilizado com os planos de desenvolvimento econômico e social da

União e do Estado, estabelecendo assim as diretrizes e critérios gerais para o gerenciamento dos

recursos hídricos.

Atendendo aos princípios da Lei estadual vigente, foram criados o Conselho Estadual de

Recursos Hídricos de Pernambuco – CERH-PE e alguns Comitês de bacias hidrográficas - COBH,

que gradativamente foram adquirindo suas estruturas funcionais e atribuições legais previstas,

inclusive a de aprovar os Planos Diretores. A elaboração desses planos exige uma

interdisciplinaridade, por conta da necessidade de se trabalhar diferentes áreas de conhecimento

para o objeto em análise.

MUNIZ & RIBEIRO (2000) afirmam que na elaboração do Plano Diretor de Recursos

Hídricos, o objeto em estudo é a bacia hidrográfica, que se restringe aos espaços delimitados pelas

trajetórias dos cursos d’águas. Deste modo, o objeto de estudo não é a água simplesmente, mas o

significado que ela passa a adquirir no conceito de suas trajetórias.

II. 3 – Planos de recursos hídricos

Conforme a SECTMA (1998), o PERH-PE foi o primeiro plano na área de recursos hídricos

desenvolvido no Estado de Pernambuco. Motivou-se no atendimento às exigências das novas

legislações Federal e Estadual sobre águas, as quais estabeleceram a obrigatoriedade de sua

elaboração.

Os estudos consideraram a formação de um cenário atual e outro futuro. Este segundo foi

estabelecido dentro de hipóteses prospectivas de desenvolvimento e subdividido em dois outros

tipos de cenários: o tendencial e o desejável, os quais contemplaram o uso e o controle dos recursos

hídricos.

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Dentre os objetivos do PERH-PE, pode-se destacar o planejamento dos recursos hídricos, com

vista a garantir sua disponibilidade, proteção, conservação e o seu aproveitamento de forma

racional, em benefício das gerações atual e futura, estimulando o desenvolvimento sustentado. Para

isso, o visou regulamentar a apropriação e o uso da água de modo a permitir a elaboração de

programas orçamentários mais racionais em obras hidráulicas e em programas setoriais, como

abastecimento urbano e rural, irrigação, desenvolvimento industrial, aqüicultura, etc.

O PERH-PE objetivou também uma análise de dois aspectos principais e interdependentes: a

administração da oferta e a administração do uso, estabelecendo assim um balanço entre

disponibilidades e demandas nas dimensões espaciais e temporais, além de investigar os locais de

conflitos inerentes ao aproveitamento desse recurso.

O Sistema de Informações sobre Recursos Hídricos de Pernambuco - SIRH-PE elaborado para

compor esse Plano utilizou como base os dados, as informações e os estudos disponíveis,

complementados com novas investigações, pesquisas e estudos realizados para fins específicos

deste planejamento, usando as novas técnicas de simulação hidrológica, geoprocessamento e

sensoriamento remoto.

Para isso foi necessário dividir o espaço geográfico do Estado em regiões ou unidades de

planejamentos (UP) para que permitissem a análise da situação atual, prever as condições futuras e,

assim, antecipar as soluções que pudessem evitar ou minimizar os déficits hídricos e outros

conflitos inerentes. Para essa divisão foram consideradas as bacias hidrográficas como base físico-

territorial para o planejamento, resultando em 29 UP’s, sendo 13 referentes às bacias principais e o

restante aos grupos de pequenos rios, litorâneos e interioranos.

Para a Bacia do Rio Ipojuca também foi elaborado pela SECTMA (1999), o Plano Diretor de

Recursos Hídricos - PDRH da Bacia do Ipojuca, o qual teve por objetivo o aproveitamento

integrado das águas superficiais e subterrâneas dessa bacia, dentro de uma visão dinâmica de

planejamento de longo prazo, e de forma a permitir uma gestão compartilhada dos múltiplos usos da

água.

Atendendo à nova legislação, esse Plano diretor constituiu um instrumento básico de

planejamento e visou fundamentar e orientar a implementação das Leis nº 9.433/97 e 11.426/97 que

instituíram as Políticas de Recursos Hídricos no País e no Estado de Pernambuco, reproduzindo

integralmente, em razão de sua importância, as ações propostas para o aproveitamento integrado,

controle, preservação e gerenciamento dos recursos hídricos.

Quanto a metodologia considerou-se a Bacia do Rio Ipojuca dividida em quatro partes, cada

uma denominada de Unidade de análise (UA). A divisão proporcionou uma maior precisão das

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análises e dos balanços hídricos, os quais foram realizados por trecho, levando em conta a rede de

drenagem, a divisão político-administrativa e as zonas fisiográficas, sendo preponderante o critério

hidrológico.

Esta divisão teve também sua utilidade para agrupar representações de usuários durante os

debates, para levantamento de informações e discussões de propostas da população à formulação do

plano gestor de recursos hídricos. Essas Unidades consideraram em suas áreas as seguintes sedes

municipais: UA 1 (Poção e Sanharó), UA 2 (Belo Jardim, Tacaimbó e São Caetano) e UA 3

(Caruaru, Bezerros, Gravatá e Chã Grande), todas situadas no Agreste da bacia, e UA 4 (Primavera,

Escada e Ipojuca), com sua maior parte na Zona da Mata e a menor na faixa litorânea.

Foi realizado um diagnóstico econômico e social com base nas informações disponíveis,

observações de campo e encontros participativos. A partir desse diagnóstico, foi desenvolvido um

estudo prospectivo para os diversos horizontes do plano. A análise temporal compreendeu

horizontes de curto, médio e longo prazo, tomando-se como referencial os anos de 2005, 2010 e

2020.

Considerou-se para a evolução da demanda do uso dos recursos hídricos a dependência de dois

cenários importantes, ambos admitindo dois sub-cenários: um espontâneo chamado tendencial, que

retrata uma visão pessimista, e outro, desejável, baseado em um caráter otimista.

Para esses horizontes e cenários definidos para o planejamento dos recursos hídricos foram

avaliados os totais necessários para atender as demandas e foi proposto um plano de ações, visando

o aproveitamento racional dos recursos hídricos da bacia, considerando a quantidade e a qualidade

da água, bem como a proteção desses recursos e o meio ambiente.

O Conselho Estadual de recursos Hídricos de Pernambuco – CERH-PE homologou no Diário

Oficial do Estado de Pernambuco, em 10 de outubro de 2002, a criação do Comitê da Bacia

Hidrográfica do Rio Ipojuca de acordo com o seu estatuto social e em conformidade com a Lei

estadual que estabeleceu a política de recursos hídricos no Estado. Este Comitê constitui-se um

órgão colegiado que compõe o sistema integrado de recursos hídricos com atuação na referida

bacia.

Satisfazendo o disposto na Lei, o CERH-PE colocou o Plano à disposição desse Comitê para

aprovação. Esse comitê, uma vez constituído e submetido à assembléia, decidiu por dividir

setorialmente a área da bacia em Câmaras Técnicas, representadas por núcleos de municípios, para

assim analisar os estudos realizados e conseqüentemente poderem aprová-lo.

12


II. 4 – Climatologia

Na meteorologia é feita uma distinção entre o tempo e o clima, considerando o tempo um

estado da atmosfera em determinado momento e lugar, enquanto o clima se refere às características

da atmosfera inferidas de observações contínuas durante um longo período, como por exemplo, uma

normal climatológica, cujo tempo de observação é de 30 anos (INMET, 2003).

Comprovadamente o clima exerce sobre uma região significativa influência no seu

desenvolvimento. As atividades humanas desempenhadas geralmente se diversificam em função das

condições climáticas locais, determinando assim diferentes situações econômicas e sociais, as quais

passam a refletir diretamente na qualidade de vida de suas populações. Do ponto de vista espacial

ocorrem diferentes condições climáticas. Além disso, os fenômenos climáticos variam de maneira

interanual e sazonal, podendo se apresentar de maneira favorável ou desfavorável em diferentes

momentos ou lugares.

A precipitação pode ser entendida como a fase do ciclo hidrológico responsável pelo retorno

das águas condensadas na atmosfera à superfície da terra. Comumente conhecida como chuva, tem

seu início quando vapor de água presente na atmosfera condensa-se formando as nuvens, que

podem se precipitar em um dado momento de condições meteorológicas favoráveis. Esse fenômeno,

considerado aleatório no tempo e no espaço, provém das intervenções de fatores climáticos,

característicos das regiões.

O regime hidrológico de uma região é determinado pelas suas características físicas, geológicas,

topográficas e climatológicas. No clima, fatores como precipitação e evaporação assumem papel

importante no balanço hidrológico, porém a temperatura, a umidade e o vento são indispensáveis

para suas formações. A topografia influencia o movimento na superfície com o auxilio da gravidade

e estimula a precipitação em altitudes, através da ação desses fatores climáticos inclusive a variação

da pressão atmosférica. A geologia além de influenciar a topografia, define o local de

armazenamento das águas provenientes da precipitação, com uma parte reservada na superfície e

outra nos aqüíferos.

A ascensão do ar úmido é fundamental para originar a precipitação, podendo acontecer com

diferentes mecanismos. De acordo com esses mecanismos, as precipitações podem ser classificadas

segundo três padrões:

• Convectivas - São chuvas de grandes intensidades, pequenas durações e abrangências em

pequenas áreas, tornando-as sujeitas às inundações e violentas tempestades. Em Pernambuco

ocorrem com mais freqüências nas regiões do Agreste, Sertão e Zona da Mata com os

distúrbios de leste.

• Ciclônicas ou frontais - São chuvas de médias intensidades, grandes durações e geralmente

atingem grandes áreas, e podem provocar inundações em grandes bacias quando

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acompanhadas de fortes ventos. No Litoral e Zona da Mata pernambucana podem-se

verificar maiores abundâncias de suas ocorrências.

• Orográficas - São chuvas de pequenas intensidades e grandes durações, em pequenas áreas,

localizadas próximas às elevações topográficas, que por sua vez constituem obstruções

responsáveis pela antecipação de parte da precipitação, que não conseguem ultrapassa-las.

Por terem forçosamente perdido grande parte da umidade durante as ultrapassagens podem

caracterizar as regiões de climas mais secos no outro lado das encostas. No Estado de

Pernambuco, por ser cortado pelo Planalto da Borborema esse fenômeno ocorre

sistematicamente.

II. 5 – Sistemas meteorológicos

Quanto aos sistemas meteorológicos existem pelo menos seis sistemas de circulação atmosférica

que produzem chuvas e atuam na Região Nordeste e no Estado de Pernambuco. Segundo SECTMA

(1998) esses sistemas atuantes podem ser classificados como:

• Frentes Frias - provenientes de regiões sub-antárticas que não atuam de forma sistemática

sobre todo o Estado, mas em sub-regiões diferentes em dois períodos. No Sertão de

Pernambuco, os principais meses de ocorrência de chuvas produzidas ou influenciadas vão

de novembro a fevereiro, com máximas precipitações em dezembro, enquanto no litoral,

Zona da Mata e na posição leste do Agreste, podem influenciar as precipitações nos meses

de maio a agosto, com máximas precipitações em julho.

• Ondas de Leste - perturbações de pequena amplitude geralmente observadas nos ventos

alísios que atuam no leste de Pernambuco e do Nordeste, principalmente no período de maio

a agosto. O deslocamento dessas ondas se dá de leste para oeste a partir do Oceano Atlântico

até atingir o litoral da região. Apesar da sua pequena amplitude podem produzir chuvas

intensas e inundações e, em alguns casos, penetrar até 300 km dentro do continente.

• Zona de Convergência Intertropical – ZCIT – formada pela convergência dos ventos alísios

do Hemisfério Norte (alísios de nordeste) e os do Hemisfério Sul (alísio de sudeste). É

facilmente identificada pela presença constante de nebulosidade, a mais alta taxa de

precipitação do Planeta, e atua sobre uma região qualquer por período de tempo superior a

dois meses. É o principal sistema de produção de chuva no Sertão e Agreste de Pernambuco.

No Sertão, caracteriza um período chuvoso que vai de dezembro a maio, com máximas

precipitações durante fevereiro e março, e no Agreste, um período chuvoso de fevereiro a

julho com as máximas precipitações durante abril e maio. Em anos muito chuvosos pode

causar inundações principalmente na Região Metropolitana do Recife - RMR e Zona da

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Mata. Por outro lado, quando não atua nos meses de março e/ou abril produz secas

principalmente no semi-árido.

• Brisas terrestres e marítimas - ocorrem no litoral do Nordeste durante todo o ano. A

convergência causada pela brisa terrestre e os alísios de oeste-sudeste, associada ao grau de

instabilidades da atmosfera é muito importante para a precipitação noturna. As áreas

afastadas da costa entre 100 e 300 km têm o máximo diurno associado com a brisa marítima.

A brisa marítima é máxima quando existe um contraste máximo entre a temperatura da

superfície do mar e a temperatura da terra, geralmente no final do outono e no início do

inverno, nos meses de maio, junho e julho. Em Pernambuco, as brisas terrestre e marítima

atuam no Litoral e na Zona da Mata durante todo o ano, e são mais observadas nos meses de

outono e inverno, produzindo chuvas fracas e moderadas.

• Vórtices Ciclônicos da Atmosfera Superior - VCAS – atuam no Nordeste e em Pernambuco

principalmente nos meses de novembro a fevereiro. O aparecimento desses vórtices está

relacionado com a circulação geral da atmosfera e podem permanecer sem movimento

aparente por vários dias até desaparecer, normalmente quando se movem para sudoeste,

adentrando o continente. A sua atuação sobre o Estado de Pernambuco se dá de forma muito

irregular, já que esses sistemas, na dependência de seu posicionamento, podem produzir

tanto chuvas intensas como seca. A freqüência desses sistemas tem uma grande dependência

na variabilidade interanual da atmosfera e se tornam mais constantes em anos de ocorrência

do fenômeno El Niño.

• Oscilações de 30 - 60 dias - são pulsos de energia que se movem de oeste para leste. A sua

atuação no Nordeste ainda não é bem conhecida. Sabe-se apenas que esses sistemas atuam

por período de 10 a 30 dias, podendo produzir precipitações prolongadas com resultados

prejudiciais, como também podem beneficiar com chuvas de alguma intensidade nos anos

que são considerados secos.

II. 6 – Pluviometria A parte da hidrologia que trata dos processos pelo qual se pode medir, ou avaliar, valores que

representem, ou dêem idéia, do tamanho de um evento de precipitação em uma região ou uma

bacia hidrográfica, chama-se pluviometria. O conhecimento dos totais precipitados constitui

elemento importante na determinação das vazões superficiais e conseqüentemente suas

disponibilidades para um perfeito gerenciamento do recurso hídrico.

As informações são localizadas e têm seus valores aferidos de várias formas através de

equipamentos específicos, instalados estrategicamente, segundo algumas recomendações técnicas,

15


de modo que ao captarem e acumularem as precipitações possam torná-las mensuráveis. Os

equipamentos podem ser de operações manuais, mecanicamente automáticas ou eletrônicas.

As informações geradas nas estações pluviométricas vêm geralmente acompanhadas de erros de

leitura, transcrição e digitação, acumulação diária, defasagem nos horários de leituras, omissão de

informações, entre outros. Por este motivo, faz-se necessário a depuração destes erros e o

preenchimento das falhas. Depois de consistidos, os dados passam a ganhar a confiabilidade

desejada para então serem disponibilizados aos usuários. Esses dados tornam-se fundamentais em

estudos relacionados à gestão dos recursos hídricos, com aplicação nos setores hidroenergético,

planejamento, saneamento básico, abastecimento público e industrial, irrigação e drenagem,

pecuária, previsão do tempo, impacto ambiental, entre outros estudos.

II. 7 – Estações pluviométricas

As estações pluviométricas, ou postos de medição de chuvas, são os locais escolhidos para

instalação dos equipamentos de medição da precipitação. Suas localizações devem ser

geograficamente fixadas obedecendo a uma certa regularidade na distribuição espacial.

As estações devem estar sempre aptas ao perfeito monitoramento hidrológico segundo

manutenções periódicas, tanto nos equipamentos como nos componentes da estação. Sua função é

prover dados para constituir séries históricas ininterruptas, tornando necessário que sejam satisfeitos

alguns critérios que garantam tal continuidade com qualidade. O DAEE (2003) recomenda para

suas instalações o seguinte:

• O pluviômetro deve ser instalado em local que permita a livre recepção de toda e qualquer

precipitação, independente de sua direção ou obliqüidade;

• Os obstáculos devem ficar afastados pelo menos a uma distância igual ao dobro de suas

próprias alturas;

• Deve-se evitar instalá-los em terrenos fortemente inclinados, sobretudo em encostas

voltadas para a direção predominante dos ventos;

• A fim de minimizar os efeitos locais das correntes aéreas, devem ser preferidas posições em

que a velocidade dos ventos, ao nível do receptor, seja tão pequena quanto possível, mas

sem interposição de obstáculos à sua livre recepção;

• Se no local instalado for constatado que as correntes aéreas causam grandes perturbações,

recomenda-se a utilização de barreiras protetoras. Estas barreiras poderão ser de vegetação,

a uma distância de 3 a 4 metros do aparelho e altura máxima de 1,50 m, que condicionarão

os movimentos das correntes paralelamente ao plano da superfície receptora;

16


• A borda do aro receptor deve estar rigorosamente nivelada a 1,50 m do solo. O aparelho

deverá ser fixado por abraçadeiras próprias a uma estaca-suporte, rigidamente fixada no solo

e pintada;

• O acesso ao pluviômetro deve ser possível em qualquer época do ano;

• Deve ser feito um cercado de proteção em volta do aparelho para protegê-lo de animais e de

vândalos, com altura máxima de 1,50 m;

PAIVA (2001) afirmam que a hidrologia tem sido extremamente ágil no desenvolvimento de

metodologias e modelos de simulação, que de certa forma suprem a escassez de dados, permitindo

que se possa planejar e executar obras de aproveitamento, mesmo que não se disponha de séries

com a extensão estatisticamente representativa para caracterizar o regime hidrológico de uma

determinada região. Esses modelos, embora ferramentas de valiosa eficácia, quando bem aplicados,

são de pouca serventia, quando não se dispõe de dados para sua calibração e validação.

Os órgãos públicos e entidades privadas, entre outras organizações, vêm perseverando ao longo

do tempo, em estudos cada vez mais aprofundados na questão de melhor aproveitar os recursos

hídricos. Para isso é de fundamental importância que seja quantificada e registrada com certa

precisão as alturas de chuvas precipitadas nas regiões, através de coletores pluviométricos

organizados em redes, de maneira que se permita um grau elevado de confiabilidade nas

informações geradas por cada estação.

II. 8 – Redes de monitoramento pluviométrico

Uma rede pluviométrica é formada por um conjunto organizado de estações, distribuídas

espacialmente segundo alguns critérios técnicos e recomendações para densidades, de maneira que

a mesma opere com a maior eficiência possível. O seu objetivo é fornecer séries temporais

contínuas das grandezas registradas em cada estação, garantindo uma certa precisão, e de tal forma

que seja possível a interpolação dos valores prováveis dessas grandezas entre elas.

SANTOS et al. (2001) afirmam que a densidade e distribuição de estações em uma rede e a

freqüência de observação necessária dependem da variabilidade temporal e espacial das variáveis

hidrológicas ou meteorológicas a serem observadas.

Conforme WMO nº 168 (1984) o objetivo de uma rede em uma região é permitir a interpolação

entre os dados provenientes de estações distintas, a fim de determinar com suficiente precisão para

fins práticos as características desses elementos hidrológicos em qualquer lugar da região (em

quantidade suficiente para definir a distribuição estatística do elemento de estudo). Aos dados das

estações de uma rede geralmente se aplica algum tipo de modelo hidrológico para fornecer a

informação necessária às tomadas de decisões que envolvem fenômenos.

17


II. 9 – Planejamento e avaliação das redes pluviométricas

Segundo OMM (1984) a implementação de redes hidrológicas torna-se um processo dinâmico,

uma vez que os níveis de necessidade de informação mudam com o nível de desenvolvimento

econômico de uma região. As redes têm como primeiro objetivo fornecer informações essenciais

para o projeto geral dos recursos e para avaliar proposta de desenvolvimento futuro, quanto ao

atendimento às necessidades da população e estimulo ao crescimento econômico. Nesse caso as

redes deverão ser incrementadas para atender às necessidades adicionais requeridas pela região.

Para organizar formalmente uma rede geralmente constata-se a existência de algumas estações

em funcionamento. Quando estas estações foram operadas durante um longo tempo e gerado séries

confiáveis, conclui-se que deverão continuar operando uma vez que forneceram informações

necessárias ao desenvolvimento da rede formal que se deseja. Caso alguma estação não tenha

apresentado sua localização totalmente satisfatória é prudente instalar outra em suas proximidades,

para assim estabelecer uma correlação entre as observações durante um período de pelo menos dez

anos, podendo ser desativada no caso de insucesso. Se a correlação satisfez, deverá considerar esse

ponto antes de abandonar a antiga estação.

As estações que compõem uma rede podem ser classificadas em três categorias:

• Estações principais ou de base – fornecem as informações básicas para os estudos

estatísticos e devem estar em funcionamento contínuo indefinidamente;

• Estações secundárias – fornecem dados básicos para interpolar a variabilidade espacial dos

elementos hidrológicos. Deve funcionar durante um número limitado de anos ou tempo

suficiente para estabelecer uma boa correlação entre elas e as estações de base.

• Estações para fins específicos – usadas para investigações especiais ou incremento de dados

fornecidos pelas estações de base e secundárias, para um tempo de operação que atenda ao

propósito do objetivo.

O desenvolvimento da rede se baseia no estabelecimento de uma rede básica mínima a qual

deverá ser composta de um número de estações que seja necessário para o planejamento dos

recursos hídricos de uma região. Essa rede deverá se estender de modo a atingir seus objetivos

específicos, uma vez que, sendo considerada mínima não será adequada para elaboração de plano

detalhado de desenvolvimento e não poderá satisfazer os numerosos requerimentos de uma região

desenvolvida quanto a elaboração de projetos e gestão de recursos hídricos.

Estando a rede básica em operação, é fundamental o estabelecimento das relações regionais

utilizando todos os dados gerados e disponíveis para estimar as características hidrológicas gerais

que definam a distribuição estatística da precipitação, em qualquer ponto da região. Essa rede

deverá ser ajustada e ampliada em função do tempo, o que permitirá estimar características

18


hidrológicas de áreas não observadas com um nível de precisão adequado para o objetivo

pretendido.

Para uma rede básica que contenha uma baixa densidade de estações é importante que os

registros sejam de boa qualidade. Em um projeto de desenvolvimento de redes, o número de

estações que requeiram observações durante um longo período não deve ser excessivo, uma vez que

as considerações econômicas e técnicas devem ser observadas.

A importância dos dados fornecidos pela rede certamente é função da demanda. Como muitas

utilizações nem sempre são evidentes, seria oportuno questionar sua justificativa econômica, mas é

necessário que se entenda que o desenvolvimento econômico e social deverá pressionar a demanda

de informações.

Segundo KISHI & CENTENO (1992), o estabelecimento de redes de coleta de dados

hidrometeorológicos nem sempre é resultado de um planejamento científico, mas algumas vezes se

prende às limitações impostas por critérios práticos, como facilidades de instalação e operação das

estações. No entanto, critérios técnicos e científicos são obedecidos sempre que possível. O

planejamento de uma rede é um processo dinâmico e deve ser periodicamente reavaliado, de

maneira a adaptá-lo melhor aos progressos na exploração e gerenciamento dos recursos hídricos em

uma região.

TRARBACH (2004) afirmou que para o gerenciamento eficaz dos recursos hídricos seria

fundamental a utilização de informações hidro-climáticas fornecidas pelas redes de monitoramento,

dentre as quais, as redes pluviométricas.

A rede é considerada ideal quando baseada na maximização econômica dos dados hidrológicos

que são gerados, para que se tornem recursos essenciais no auxilio às tomadas de decisão, uma vez

que nem sempre essas decisões podem ser adiadas para que se completem as séries estatísticas de

que necessitam a elaboração dos projetos. Por esse motivo, deve-se estabelecer uma rede mínima,

considerando o menor número de pontos de coleta, distribuído com base nas experiências

anteriores. Isso só é possível através de avaliações periódicas das redes, as quais resultam

geralmente em ampliações e modernizações dos equipamentos, com o objetivo de compatibilizar o

atendimento à demanda da dinâmica do desenvolvimento econômico e o crescimento demográfico

das regiões.

PAIVA (2001) esclareceram que a adequada caracterização quali-quantitativa dos recursos

hídricos está diretamente ligada ao seu monitoramento. Destacaram ainda o objetivo de padronizar a

forma de coleta de informações, promovendo uma uniformidade das observações, além de métodos,

procedimentos e técnicas que podem ser adotadas nos projetos de redes e instrumentação de forma

geral, para vários tipos de climas e propósitos. Vale salientar que tais indicações são somente a

primeira fase a ser satisfeita, uma vez que estudos sobre a variabilidade espacial das variáveis

19


hidrometeorológicas e as condições de acesso existentes, representam informações extremamente

importantes para a eficiência da coleta de informações.

De um modo geral, a concepção de densidade pode ser entendida como sendo uma ferramenta

capaz de servir de investigação na avaliação de uma rede e orientação para manutenção de sua

eficiência, tornando-se necessário que seja planejada e bem ajustada, para assim refletir as atuais

condições sócio-econômicas e físico-climáticas das regiões.

A densidade mínima para estações hidrológicas vem sendo recomendada pela OMM, através de

edições publicadas e atualizadas, para diferentes climas e zonas fisiográficas, através de um critério

simples, o qual considera para classificação, as condições básicas das suas áreas inclusive a

variação sazonal das chuvas. Nestas condições, são consideradas, além do clima e do

comportamento pluvial, a acessibilidade, a topografia, a geologia e as condições de adaptação

humana, que podem conduzir a problemas estruturais e operacionais.

A densidade populacional também interfere no projeto de uma rede. Em condições satisfatórias

seria impossível começar uma operação, com uma certa quantidade de estações onde a população

tem baixa densidade. Decorreria, antes de tudo, na dificuldade de encontrar observadores, além da

precariedade nos acessos e meios de comunicação. Na prática, nas zonas pouco povoadas as

condições climáticas são extremas, como exemplo: as regiões áridas, polares e as florestas

equatoriais, para onde se recomendavam os pluviômetros totalizadores, por estes exigirem para

manutenção e operação uma baixa freqüência de visitas, hoje podendo ser substituídos pelas

estações telemétricas, cujas informações são transmitidas por intermédio de satélites.

Por conseguinte, as áreas urbanas necessitam de uma rede com grande densidade de

pluviômetros, tanto para atender o aspecto temporal como espacial das tempestades, as quais

exigem maiores demandas para elaboração de projetos, gestão dos recursos hídricos e controle em

tempo real dos sistemas de drenagem, entre outras aplicações da engenharia.

II. 10 – Históricos pluviométricos em Pernambuco

MAKSOUD (1961) identificou até 1958 na Grande Região Nordeste, durante períodos

variáveis de tempo, 1225 postos pluviométricos em funcionamento, dos quais 149 pertenceram a

Pernambuco. Alguns operaram somente por um mês ou pouco mais, outros funcionaram por alguns

anos e foram extintos e, em uma terceira parte pôde-se constatar séries contínuas de muitos postos

com mais de 40 anos de observações.

Essa geração de postos foi mantida no Estado de Pernambuco por diversas instituições e

registrou séries históricas importantes. As quantidades de postos operados pelas instituições foram:

75 pelo DNOCS; 24 pelo Serviço de Meteorologia Nacional, 4 pela Divisão de Águas e 46 por

20


entidades publicas e privadas. Coube também, na mesma época, a instalação de 4 pluviógrafos dos

27 instalados no Nordeste, que equivaleram a 3% dos 149 pluviômetros instalados em Pernambuco.

Em 1960 iniciou-se a fase que foi caracterizada pela criação da SUDENE e a reestruturação da

rede. Autarquia vinculada ao Ministério do Interior, que entre outras atribuições, reconheceu a

necessidade e a urgência de estudos hidrológicos básicos para o completo conhecimento dos

recursos hídricos da região e seu comportamento.

Atendendo à solicitação de um grande número de usuários do sistema, a SUDENE publicou:

“Dados Pluviométricos mensais do Nordeste”, sendo o “Volume 6” dedicado ao Estado de

Pernambuco, constando a divulgação das séries pluviométricas, operacionalizadas de maneira

compartilhada de rede, capaz de assegurar o seu pleno e adequado funcionamento, a vista dos

custos crescentes de manutenção e necessidades técnicas de sua modernização e

redimensionamento (SUDENE,1990). Arquivados em bancos de dados, essas informações

subsidiaram inúmeros projetos e estudos específicos, de órgãos governamentais e empresas

privadas, constituindo-se em fonte obrigatória de consulta para especialistas e profissionais afins.

Nos primeiros anos da década de 1990, os serviços hidrometeorológicos da SUDENE já

sinalizavam os primeiros indícios de uma fragilidade econômica na administração da rede,

resultando na desativação de alguns postos e no repasse dessa administração para órgãos das esferas

estaduais, através de convênios de cooperação técnica.

A proposta resultou na operação e manutenção de um total de 145 pluviômetros no Estado de

Pernambuco, cujas ações foram confiadas ao IPA e LAMEPE, entre os anos de 1992 a 1997. Em

1998, com a criação da SECTMA, esta instituição tornou-se prioritária quanto à responsabilidade da

administração da rede.

Findada a vigência do convênio, a falta de recursos financeiros suficientes para operação e

manutenção dos postos, desmotivada pelos diferentes programas dos Governos, levou a extinção de

um número considerável de postos, outros precisaram ser transferidos para locais onde as

observações puderam ser realizadas por outros órgãos do estado, sem ônus para o órgão gestor.

Vale salientar que uma quantidade mínima continuou a ser operada durante um certo tempo por

observadores não exigentes da gratificação.

Entretanto, para atender aos serviços de gestão dos recursos hídricos e meteorologia, foram

realizados programas de ampliação e modernização, com instalações de pluviômetros

convencionais e estações telemétricas (hidrológicas e meteorológicas), além de parcerias com

outros órgãos operadores e entidades privadas (usinas de açúcar) através de consultas sistemáticas,

com o intuito de aumentar a eficiência da rede pluviométrica no Estado.

21


Em 2003, o Estado de Pernambuco contou com uma cobertura pluviométrica de um total de

375 estações operadas simultaneamente por diversas entidades Federais e Estaduais, cuja densidade

decrescia no sentido do Litoral ao Sertão, segundo informações das próprias entidades. A Tabela

II.1 apresenta as quantidades de estações operadas pelas entidades no Estado de Pernambuco em

2003.

Tabela II. 1 - Órgãos operadores de redes pluviométricas no Estado de Pernambuco em 2003

Item Órgão operador Nº de pluviômetros

01 ANA / CPRM - SGB 40

02 INMET 11

03 SECTMA 222

04 COMPESA 13

05 IPA / EBAPE 82

06 INFRAERO / AERONÁUTICA 02

07 EMBRAPA / CPATSA 04

08 CHESF 01

TOTAL 375

II. 11 – A Rede hidrometeorológica Nacional

Considerando o Brasil um país com dimensão continental distribuída em oito grandes bacias, é

preciso planejar, desenvolver, operar e manter uma grande rede pluviométrica, bem como

disseminar as informações aos diversos usuários.

A Rede Hidrometeorológica Nacional se encontra atualmente sob a administração da ANA, e

foi instalada de modo a viabilizar o levantamento de informações necessárias aos estudos e projetos

que demandam o conhecimento das disponibilidades hídricas e potenciais hidráulicos das bacias

hidrográficas brasileiras. As informações coletadas, após tratamento, são enviadas para compor o

Sistema Nacional de Informações sobre Recursos Hídricos - SNIRH e posteriormente

disponibilizadas aos usuários.

Em 2001, esta Rede representou um total de 11.000 estações operadas por diversos tipos de

organizações governamentais e privadas, das quais, 4200 constituíram a Rede Hidrometeorológica

Básica Nacional (CPRM, 2004). Esta segunda é operada e mantida sob a responsabilidade do MME

através da CPRM / SGB. É, portanto, constituída de estações: sedimentométricas, qualidade das

águas, climatológicas, pluviométricas e fluviométricas, sendo as duas últimas convencionais ou

telemétricas.

22


II. 12 – As Recomendações da Organização Mundial de Meteorologia

Com o intuito de melhor avaliar e planejar as redes hidrológicas, a OMM criou no ano de 1965,

um manual de práticas hidrológicas, contendo as regras gerais para recomendações dos limites

adequados às densidades pluviométricas mínimas, as quais vêm sendo revisadas com base nos

exames das respostas fornecidas pelas redes dos países. Essas regras foram aperfeiçoadas de modo a

considerá-las mais precisas na obtenção dos resultados. Tais recomendações têm sido utilizadas até

hoje como definição de normas para as redes hidrológicas. A Tabela II.2 apresenta o modelo

publicado na (WMO, 1984) ainda com seu perfil original, enquanto a (WMO, 1994) mostra uma

revisão nos procedimentos anteriormente estabelecidos conforme a Tabela II.3, ambas

representando a quarta e décima quinta edição do referido manual.

Tabela II. 2 – Modelo original para densidades mínimas das redes pluviométricas (WMO, 1984)

Características fisiográficas

Limite das normas para uma rede mínima

Superfície (em km2) por estação

Limite das normas admissíveis em circunstâncias

especialmente difíceis 1

Superfície (em km2) por estação

Regiões planas de zonas temperadas, mediterrâneas e tropicais;

600 - 900 900 - 3.000

250 - 1.000 4Regiões montanhosas de zonas temperadas, mediterrâneas e tropicais;

100 - 250

Pequenas ilhas montanhosas com precipitação muito irregular e rede hidrográfica muito densa

25

Zonas áridas e polares 2 1.500-10.000 3

1 Limite máximo e admissível em circunstâncias excepcionalmente difíceis; 2 Sem incluir os grandes desertos; 3 Segundo as possibilidades; 4 Em condições de grande dificuldade podem ampliar-se até 2.000 km2.

Tabela II. 3 – Modelo revisado para densidades mínimas das redes pluviométricas (WMO, 1994)

Densidades mínimas por estações

(Área em km2 por estação) Unidades fisiográficas

Sem registrador Com registrador

Costeira 900 9.000

Montanhosa 250 2.500

Planas e interiores 575 5.750

Montanhosas/onduladas 575 5.750

Pequenas ilhas 25 250

Áreas Urbanas 10 – 20

Polares/áridas 10.000 100.000

23


Segundo LLAMAS (1993), a mesma Organização divulgou também em 1965 um modelo

elaborado por W. B. LANGBEIN, que permitiu a avaliação das redes pluviométricas de vários

países de condições físicas e socioeconômicas diferentes, através do conhecimento individual das

populações e das redes pluviométricas em operação.

O modelo constou de um gráfico cartesiano em escalas logarítmicas, cujas variáveis

relacionaram os números de pluviômetros em operação em cada país, para áreas de 1.000 km2, e as

respectivas densidades demográficas. Para isso foram estabelecidos os limites razoáveis para

densidades relativas das redes pluviométricas nacionais, segundo as delimitações nos campos de

ocorrências dos pontos representativos dos países analisados, permitindo avaliar as dimensões das

redes em função do desenvolvimento socioeconômico extraído da relação da quantidade de estações

pluviométricas e o crescimento demográfico.

As ocorrências desses pares ordenados nos campos delimitados no referido gráfico

identificaram os países cujas redes pluviométricas atendiam as suas condições socioeconômicas,

representadas pelas densidades demográficas na linha de abscissas e os números de pluviômetros

das suas redes na linha de ordenadas. Pôde-se com isto considerar o crescimento populacional como

um indicador para densidade da rede que se deve estabelecer e garantir assim as condições

necessárias ao desenvolvimento socioeconômico dos países, no que venha a depender da geração de

informações hidrológicas.

Segundo LLAMAS (1993), uma rede pluviométrica de densidade razoável deve situar-se no

interior dos intervalos de confiança em função da densidade demográfica. Porém a rede, assim

definida, não é a ideal para certos usos específicos. O método sugere um limite inferior que deve ser

respeitado.

II. 13 – O Método de Thiessen

Este método consiste em estimar a precipitação média em uma região ou uma bacia

hidrográfica, a partir da ponderação das médias dos valores precipitados em cada estação

pluviométrica, associados a um fator de peso atribuído segundo a proporcionalidade das áreas de

influência que cada uma define. As linhas que delimitam estas áreas constituem os polígonos de

Thiessen. A precipitação média é então calculada pela média ponderada entre as médias das

precipitações de cada estação e os pesos a elas atribuídas, os quais seriam as suas áreas de

influência.

Embora leve em conta a desuniformidade na distribuição espacial das estações, pode ser

inviabilizado em algumas situações por não considerar a influência do relevo, Para que os

resultados sejam bons os terrenos deverão ser levemente acidentados e as distâncias entre os

pluviômetros pouco extensas.

24


II. 14 – O Critério da precisão desejada segundo os objetivos principais Segundo LLAMAS (1993), este critério deve ser utilizado para avaliar os volumes hídricos

disponíveis em um dado período de tempo, em função dos usos reais e potenciais da água, sob uma

precisão requerida. Como objetivo geral pode-se adotar uma precisão média que pode variar entre 5

a 10% para satisfazer a maioria dos usos, e em particular, para o planejamento e a gestão dos

recursos hídricos.

A determinação do número de estações pluviométricas necessárias para avaliar, com certa

precisão, a altura média das precipitações sobre uma região é um problema estatístico. A altura da

chuva pode ser avaliada por meio de uma simples média aritmética obtendo-se então o número

ótimo de pluviômetros conforme a expressão (1).

2

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

pCvN , onde: (1)

é o número de pluviômetros; N

p é o percentual de erro admissível e;

é o coeficiente de variação espacial. Cv

II. 15 – O Critério das características meteorológicas dominantes de uma região

Segundo LLAMAS (1993), este critério consiste em examinar com detalhe os eventos

meteorológicos dominantes. Quando o regime pluviométrico dominante é o de chuvas provocadas

por tormentas frontais, a rede requer uma estrutura pouco densa e uma grande continuidade

cronológica. Assim, uma grande distância entre as estações pode ser compensada por uma grande

extensão nos registros.

No caso de tormentas intensas, associadas às circulações convectivas, a superfície de ação da

chuva é mais reduzida uma vez que a variabilidade da precipitação é mais espacial do que

cronológica. Esta situação exige uma rede mais densa para impedir que eventos meteorológicos

importantes ocorram entre as estações e não sejam registradas. Nestas condições, a rede deve estar

formada por um certo número de estações de base, que registrem a chuva com precisão através de

registros contínuos (pluviógrafos).

Com o objetivo de analisar o regime dominante pode-se então introduzir a concepção de

“coeficiente de irregularidade meteorológica”, para considerar a preponderância de processos

irregulares (precipitação convectiva) sobre a regularidade meteorológica (precipitação frontal).

Este coeficiente se define como sendo a relação entre a precipitação anual máxima e a mínima

durante um período longo de observações, conforme a expressão (2). Quanto maior for este

coeficiente, mais irregular será o regime de chuvas e, por conseguinte, mais densa deverá ser a rede

25


para captar eventos chuvosos importantes concentrados em pequenas superfícies. Esse coeficiente

pode ser considerado alto se obtido acima de 3.

ρρ

min

max=ci (2)

onde: ρmaxé a precipitação máxima e ρmin

precipitação mínima.

II. 16 – O Método do Inverso do quadrado da distância Para diversas aplicações na área de engenharia de recursos hídricos é necessário o

conhecimento da precipitação e de outras variáveis, em pontos não amostrados. Faz-se então

necessário o uso de interpoladores.

O inverso da distância é um método determinístico de interpolação linear que utiliza a

ponderação dos inversos das distâncias a um número específico de pontos amostrados mais

próximos de um dado ponto. Para isso, o conhecimento das coordenadas geográficas de cada ponto

é necessário. Matematicamente podem ser utilizados os expoentes: 1, 2, 3 e 4 através da expressão

geral (3) para uma variável “Z” qualquer.

( )( )

∑

∑

=

−

−

=

Ζ=Ζ n

i

pij

pij

n

iii

jj

d

dyxyx

1

1,

, , onde: (3)

( )jj yx , é um ponto no espaço a ser interpolado;

( ii yx , ) , i = 1... n, são os pontos na vizinhança, com “n” igual ao número desses pontos;

ijd é a distância entre os pontos e;

p é o expoente da distância.

Com este método é possível fazer previsões de valores em locais onde não foram amostrados

utilizando os pontos de valores conhecidos através da expressão (4). Para a obtenção dos pesos

atribuídos aos valores medidos a expressão (5):

:

com , onde: (4) ( ) (∑=

Ζ=Ζn

iiiijj yxyx

1,, λ ) ∑

=

=n

ii

11λ

( )jj yx ,Ζ são os valores a serem previstos;

26


( ii yx ,Ζ ) são os valores observados;

n é o número de pontos amostrados;

iλ são os pesos atribuídos a cada ponto, com:

( )( )2,1

iBi xxd=λ , onde: (5)

Bx é a posição do centro de massa da área;

ix são as posições dos pontos medidos.

A utilização do expoente “2” caracteriza o modelo mais comum para interpolar valores entre

uma amostra de pontos distribuídos no espaço, o qual se denomina “inverso do quadrado da

distância”. Este princípio se encontra associado a uma semelhança com os critérios adotados por

Newton e Coulomb, em tempos remotos, para explicar a Lei da Gravitação Universal e da Força

Elétrica. Ambas utilizaram os inversos dos quadrados das distâncias entre as massas dos planetas

nas órbitas e as cargas elétricas nos átomos.

II. 17 – Noções de Geoestatística

Segundo VIEIRA (2000) a Geoestatística foi desenvolvida por KRIGE (1951), na África do

Sul, e consiste em uma técnica empírica de estimação, originada da percepção da necessidade

fundamental da utilização das distâncias entre pontos amostrados, não exigidos pela estatística

clássica, constituindo um avanço na solução de problemas até então limitados. A primeira aplicação

dessa teoria em hidrologia foi realizada por DELHOMME (1976). O mesmo autor afirma ainda que

para isto, MATHERON (1963) aplicou na França um tratamento formal, chamando de “Teoria das

Variáveis Regionalizadas”, definindo como uma função espacial numérica, que varia de um local

para outro, com uma continuidade geográfica aparente, a qual se representa por funções numéricas

ordinárias que assumem um valor definido a cada ponto no espaço e matematicamente descrevem

um fenômeno natural.

A geoestatística dispõe de interpoladores eficientes capazes de estimar valores em pontos que

não foram amostrados. Para isso, a estacionaridade estatística é uma condição especifica que a

variável regionalizada deve satisfazer. Diz-se estacionária se os momentos estatísticos da variável

aleatória forem os mesmos para qualquer distância.

Esta estacionaridade deve ser de segunda ordem, a qual implique a existência de uma variância

finita dos valores medidos. Esta hipótese só não precisa ser aceita para alguns fenômenos físicos

que tenham uma capacidade infinita de dispersão. Para essa situação a geoestatística admite

27


hipótese intrínseca, a qual deve ser aplicada por requerer apenas a estacionaridade sem nenhuma

restrição.

A estacionaridade de campo assume sua homogeneidade estatística, implicando na

independência da função espacial numérica que varia de um local a outro com a continuidade

aparente constituindo as variáveis regionalizadas, explica ALMEIDA et al. (2004). Essa

continuidade explica também a dependência espacial requerente pela geoestatística, a qual pode ser

estimada pelo semivariograma.

Quando as amostras forem coletadas nas duas dimensões do campo e a interpolação entre os

locais medidos for necessária para a construção de mapas de isolinhas, será preciso usar uma

ferramenta adequada para inferir a dependência espacial. Essa ferramenta é conhecida como

semivariograma, afirma VIEIRA (2000). A expressão seguinte estima matematicamente a

dependência espacial através do semivariograma.

( ) ( ) ( ) ( )[ ]( ) 2

1

*

21 ∑

Ν

=

+Ζ−ΖΝ

=h

ih

hh ιι χχγ , (6)

Tem-se que ( )ιχΖ , ( h+ )Ζ ιχ são pares de valores medidos em locais afastados entre si da

distância “ ”, e h ( )hΝ , o número desses pares para cada “ h ”. O uso desse estimador pressupõe que

a propriedade atenda a uma condição de estacionaridade, segundo a qual, no mínimo a hipótese

intrínseca seja atendida, afirma (JOURNEL & HUIJBREGTS, 1978), citado em MELLO et al.

(2003). Segundo MONTENEGRO et al.(1999), este mesmo autor diz ainda que o número de pares

de pontos deve ser maior ou igual a 30.

Os valores das diferenças Z(xi) – Z (xi + h) contidas na expressão (6) em geral decrescem à

medida que a distância “h” diminui. Com isto, deve-se admitir que os pontos localizados mais

próximos sejam mais parecidos entre si do que separados por grandes distâncias. Isso não acontece

se existir a presença de tendência. Nos casos em que a variável regionalizada possui uma diferença

sistemática entre dois valores pontuais, ou seja, uma tendência é identificada, o processo é então

não estacionário e a função variográfica depende da posição dos pontos e , e da distância entre

eles. Uma tendência pode ser representada por uma fórmula matemática, em polinômio, por

exemplo, e ser removida dos dados. Após a remoção da tendência, a análise geoestatística é

efetuada nos resíduos. Após a análise, a tendência é novamente adicionada aos dados para o seu

mapeamento.

xi xj

No caso dos pontos não igualmente espaçados a tendência e os resíduos para o

semivariograma podem ser conhecidos através da expressão (7), da seguinte maneira:

28


( ) ( ) ( ιιι )χχχ em +=Ζ , onde: (7)

( )ιχΖ é uma função aleatória para qualquer posição de ιχ e;

( )ιχm é a tendência principal e;

( ι )χe é o erro residual.

A tendência por ser determinística pode ser modelada por uma função matemática, por exemplo:

uma região em declive pode ser representada por um plano (tendência de primeira ordem), um vale

pode ser representado por uma fórmula mais complexa, como um polinômio de segundo grau que

reproduza a forma “U”. Essa função da tendência produz a representação da superfície (área) que se

deseja. A tendência é uma componente fixa da variável e pode ser removida de maneira que apenas

a componente aleatória seja analisada. A tendência é então removida para estimativa do

semivariograma experimental e ajuste do modelo teórico. Nesse caso trabalha-se com os resíduos,

que é o que permanece após a remoção da tendência.

LANDIM (1998) orienta que a análise do semivariograma possibilita o reconhecimento do

comportamento espacial da variável regionalizada, do tamanho da zona de influência em torno de

uma amostra, da variação nas diferentes direções do terreno e da continuidade da característica

estudada no terreno.

O semivariograma é chamado isotrópico quando é idêntico em todas as direções e anisotrópico

quando há variações de comportamento em diferentes direções. O variograma direcional revela que

em certas direções, estimativas de variáveis em pontos separados por pequenas distâncias estão

mais correlacionadas do que em outras direções. A influência direcional na estrutura de correlação

de uma variável regionalizada pode ser causada pela ação do vento, do escoamento superficial, de

uma estrutura geológica, ou uma grande variedade de outros processos. As razões para essa

influência direcional podem ser estatisticamente quantificadas. A anisotropia difere de tendência

porque essa última pode ser descrita por um processo físico e modelada por uma fórmula

matemática determinística. A causa da anisotropia, ou influência direcional no semivariograma,

usualmente não é conhecida, então é modelada como um erro aleatório. O modelo anisotrópico

define um ângulo em relação à direção do semi-eixo maior da elipse.

O semivariograma é dito experimental, quando obtido a partir das amostras colhidas no campo,

e teórico, após o ajuste do modelo ao semivariograma experimental. O ajuste de um dos modelos

teóricos ao semivariograma experimental, calculado na expressão (6), constitui um passo muito

importante nas aplicações da “Teoria das Variáveis Regionalizadas”. A Figura II.2 mostra um

modelo típico de semivariograma e seus parâmetros.

Assim, γ* (h) aumenta com “h” e se anula quando h = 0, conforme a expressão (6). Entretanto

quando “h” tende para zero, γ* (h) se aproxima de um valor positivo chamado “efeito pepita” (C0).

29


Este valor revela a descontinuidade do semivariograma para distâncias menores do que a menor

distância entre as amostras, e pode ser atribuído em parte aos erros de medição ou efeitos de escala.

O crescimento do γ* (h) em função de “h” ocorre até um certo limite máximo no qual se estabiliza

tomando a denominação de “patamar” (C + C0). Essa distância “h” pela qual γ* (h) atinge o patamar

é o alcance (a), o qual assume a distância limite de dependência espacial, como pode ser observado

na Figura II.2.

Figura II. 2 – Modelo semivariográfico típico.

Quando o semivariograma apresenta valor constante e igual ao patamar para qualquer valor de

h, tem-se o efeito pepita puro, que corresponde a uma total ausência de correlação espacial entre

duas variáveis Z(xi) e Z (xi + h) para qualquer distância “h”. Neste caso o gráfico se aproxima do

comportamento apresentado na Figura II.3.

Figura II. 3 – Comportamento do semivariograma no efeito pepita puro.

Os semivariogramas podem assumir três classificações diferentes a partir da relação contida na

expressão (8), de acordo com o grau de dependência espacial que assumam. Esta expressão pode

resultar em valores percentuais inferiores a 25%, entre 25 e 75% e superiores a 75%, para “r”. Estes

30


intervalos enquadram os semivariogramas nas classificações de forte, moderada e fraca dependência

espacial conforme CAMBARDELLA et al. (1994).

%1000

0 ×⎥⎦⎤

⎢⎣⎡= +cccr (8)

O comportamento do γ* em função de “h” definirá o modelo do semivariograma teórico que

melhor se ajustará ao modelo experimental. Os modelos teóricos podem se apresentar sem

patamares ou com patamares conforme o comportamento de γ* em relação a “h”. Os modelos

lineares e potências pertencem aos modelos sem patamares, ou seja, que não atingem o patamar. Em

geral, estes tipos são utilizados para modelarem fenômenos com capacidades infinitas de dispersão.

Quanto aos modelos com patamares destacam-se os modelos esféricos, exponenciais e gaussianos.

Após o ajuste dos semivariogramas experimentais aos modelos teóricos, ou parametrização dos

semivariogramas, é necessário as suas validações. O processo usualmente empregado é conhecido

como validação cruzada.

Apesar da existência de outros, estes modelos são mais utilizados e encontrados nas literaturas

de que tratam o assunto. As equações (9) a (11) mostram matematicamente seus comportamentos.

Modelos de semivariograma sem patamar:

a) Modelo linear:

( ) ha

CCh 1

0 +=γ (9)

onde a

C1 é o coeficiente angular ou declividade da reta.

b) Modelo potência:

( ) ( )ahCCh 10 +=γ (10)

Modelos de semivariograma com patamar:

• Modelo esférico

( )⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛+=

3

1 21

23

ah

ahCCh oγ ah <<0 (11)

( ) 10 CCh +=γ ah >

31


• Modelo exponencial

( ) ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−−+=

ahCCh exp110γ dh <<0 , (12)

onde d é a máxima distância no qual o semivariograma é definido.

• Modelo gaussiano

( )⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−−+=

2

10 exp1ahCChγ dh <<0 , (13)

onde d é a máxima distância no qual o semivariograma é definido.

A continuidade e a regularidade de uma função regionalizada exprimem-se pelo seu

comportamento na vizinhança da origem, afirma (VALENTE, 1982). Sendo assim, os

semivariogramas podem apresentar situações diferentes de comportamentos. Os modelos teóricos,

esféricos e exponenciais, apresentam comportamentos lineares nas proximidades da origem,

enquanto nos modelos gaussianos, os comportamentos são parabólicos. O comportamento

parabólico atende ao mais alto grau de regularidade no espaço. A descontinuidade na origem

caracteriza o efeito pepita (C0), e quando ocorre independência entre os valores tomados pela

variável regionalizada em dois pontos qualquer do espaço, representando o caso limite

completamente aleatório, o comportamento do efeito pepita é puro, como mostra a Figura II.3.

II. 18 – O Método Kriging

Entre outros métodos geoestatísticos, o método Kriging, conhecido também por krigagem, teve

seu nome em homenagem ao matemático sul-africano chamado KRIGE no ano de 1951. Trata-se de

um processo de estimação de valores distribuídos no espaço a partir de valores adjacentes, enquanto

considerados como interdependentes pelo semivariograma. Sua utilização serve para previsão de

uma variável regionalizada dentro de um determinado campo geométrico, através de um

procedimento exato de interpolação que leva em conta todos os valores observados. O método

fornece além dos valores estimados o erro associado a tal estimação, o que distingue dos demais

algoritmos disponíveis.

As informações a partir do semivariograma são usadas para encontrar os pesos ótimos a serem

associados às amostras. Utiliza também a dependência espacial entre os pontos vizinhos expressos

no semivariograma, para estimar valores em qualquer posição dentro do campo, sem tendência e

com variância mínima. Essas duas últimas características fazem da krigagem um interpolador

ótimo. Trata-se de uma série de técnicas de análises de regressão que procuram minimizar a

32


variância estimada a partir de um modelo prévio que leva em conta a dependência estocástica entre

os dados distribuídos no espaço.

Entre outros tipos de métodos geoestatísticos a kigragem pode ser dividida em: ordinária,

simples e universal. Na krigagem ordinária, a estimação de uma variável regionalizada pode ser

efetuada sem o conhecimento da média. Este modelo será aqui aplicado para as variáveis em

estudo. A expressão (14) define matematicamente este interpolador:

, com , onde:( ) (∑=

ΧΖ=ΖN

i 10

* ιλιχ )

)

∑=

=N

i 11λι (14)

são valores estimados para qualquer local ( 0* χΖ 0χ ;

N é o número de valores medidos;

λι são os pesos associado a cada valor medido, ( )ιΧΖ .

A WMO nº 580 (1982) apresenta, entre outras técnicas para projetos de redes pluviométricas a

partir de estações existentes, o método kriging, no qual esclarece que a estrutura da correlação

espacial no processo hidrológico é medida e usada para determinar uma relação e especificar os

pesos que são aplicados às medidas. Deste modo, o erro de estimativa do processo será mínimo em

alguma situação não medida. É fornecida uma definição do erro de estimativa e de geometria da

rede, especificamente os pontos cujos erros serão máximos. A avaliação do aperfeiçoamento nos

mapas dos erros de estimativas das variáveis hidrológicas é o critério para locação das estações.

II. 19 – O Método Co-kriging

O método co-kriging é também um procedimento geoestatístico segundo o qual diversas

variáveis regionalizadas podem ser estimadas em conjunto com base na correlação espacial,

portanto, pode-se considerar uma extensão do método da krigagem. É aplicado em situações onde

as estimativas de determinadas variáveis podem ser realizadas utilizando-se informações de outras,

todas expressas no semivariograma. Para isso é necessário que exista dependência espacial cruzada

entre essas variáveis regionalizadas, para que se possam efetuar estimativas de valores para os

locais não medidos.

A sua aplicação visa atender determinadas situações particulares, em que numa mesma área,

duas variáveis consideradas distintas, por representarem fenômenos diferentes, possuam

dependências espaciais. Assim sendo, a estimativa de uma delas pode ser feita utilizando

informações de ambas. Para que isso aconteça é necessário que se estabeleçam as funções

variográficas, as quais passam a se chamar “semivariogramas cruzados”, aumentando assim sua

precisão em relação à krigagem.

33


Considerando e duas variáveis que comprovem a existência1Ζ 2Ζ de dependência espacial (para

cada um delas e entre elas), e o valor que se deseja estimar para qualquer local 2*Ζ oχ , a

combinação linear de ambas pode assumir a estacionaridade de segunda ordem, decorrendo na

equação matemática demonstrada pela expressão (15).

, com: (15) ( ) ( ) (∑∑==

Ζ+Ζ=Ζ21

122211

11

*2

n

jjji

n

ii χλχλχ o )

e , onde: 01

11 =∑

=

n

iiλ 1

2

12 =∑

=

n

jjλ

e são os números de vizinhos 1n 2n 1Ζ e 2Ζ respectivamente;

1λ e 2λ são os pesos associados a cada valor de 1Ζ e 2Ζ .

A equação (15) expressa, então, que a estimativa da variável Z2* deverá ser uma combinação

linear de e com os pesos 1Ζ 2Ζ 1λ e 2λ , distribuídos de acordo com a dependência espacial de cada

uma das variáveis entre si e com correlação cruzada entre elas VIEIRA (2000).

Para que o interpolador seja considerado ótimo é preciso que ocorra o máximo de confiança nas

estimativas. Isso é possível porque duas condições deverão ser satisfeitas: a primeira prever a

existência da variância mínima dos valores medidos e a segunda de não ocorrer tendências.

Igualmente à krigagem pode-se conhecer também a variância da estimativa de valores sem

tendência para locais onde estes não foram medidos e a confiança associada a essas estimativas são

decorrentes da minimização de erros residuais. Os modelos dos semivariogramas experimentais

também são ajustados aos modelos teóricos, considerando o cruzamento de correlação entre a

variável principal e a secundária, com vista à determinação de um modelo teórico que melhor se

ajuste, através do mesmo processo comparativo dos resultados da validação cruzada.

II. 20 – Revisão da literatura

Diversos estudos vêm sendo realizados para análise de redes pluviométricas, utilizando

diferentes metodologias. ACQUAAH & DANKWA (1965) verificaram a rede de medição de

precipitações na Republica de Ghana e em suas divisões regionais. Salientaram a importância dos

recursos hídricos para o desenvolvimento da agricultura e da industria com base nos conhecimentos

meteorológicos e hidrológicos. A rede foi estudada do ponto de vista climático e populacional. As

estações foram quantificadas separadamente quanto aos tipos e finalidade dos dados gerados. Foram

também estabelecidas as densidades pluviométricas para as regiões e para o país, e através do

gráfico de LANGBEIN foram determinadas as densidades relativas. Em seguida, elaboraram um

gráfico cartesiano reunindo os números de pluviômetros operados em todo país em função das

34


décadas retroativas, até onde o conhecimento permitia. Determinada a tendência da curva, foi

possível prever o número de pluviômetros para três décadas futuras, considerando o crescimento do

número de pluviômetros proporcional ao desenvolvimento sócio-econômico do país, representado

pelo seu crescimento demográfico.

SILVA et al. (1992) diagnosticaram a rede pluviométrica do Estado da Paraíba. A primeira

etapa reservou-se ao levantamento de todos os postos operados por diversas instituições, sendo os

mesmos separados e quantificados quanto às bacias hidrográficas pertinentes. Nesta etapa foram

verificadas algumas concentrações de postos muito próximos, concluindo que a distribuição

espacial precisaria ser melhorada. Em uma segunda etapa, visando obter informações qualitativas,

partiu-se para visitação aos postos em operação. Essas visitas tiveram como objetivos atualizar os

dados cadastrais dos postos, coletar informações sobre os postos e os observadores, funcionamento

dos equipamentos e condições técnicas de instalação. Os problemas detectados foram identificados

e quantificados por localização e órgãos responsáveis. Os autores, então, previram uma terceira

etapa, a qual seria realizado para avaliar as séries de dados existentes e assim poder criticar suas

falhas e verificar suas consistências, além de tentar estabelecer correlações entre dados dos postos

vizinhos.

Foi observado que no Estado da Paraíba basicamente predominavam duas redes maiores, uma

operada pela EMATER e outra pela SUDENE. Concluiu-se, então, com a parcela de resultados

incorretos, que ambas vinham sofrendo conseqüências da crise econômica que afetava o país na

época. Com relação a SUDENE, foi destacado que a transferência das responsabilidades pela

administração da rede aos estados e o ônus financeiro dela decorrente, em cogitação pela

implantação dos Núcleos Estaduais de Meteorologia e Recursos Hídricos, deveria ser refletida

cuidadosamente, principalmente no tocante aos custos envolvidos, questionando sobre a preparação

dos estados quanto às disponibilidades orçamentárias para assumirem sozinhos tais

responsabilidades, inclusive a manutenção da estrutura de técnicos capacitados para realizar a

operação da rede.

KISHI & CENTENO (1992) ressaltaram a importância do conhecimento dos dados

hidrológicos para o estudo dos recursos hídricos. Com isso, foi analisada a rede pluviométrica do

Estado de Alagoas, partindo pela quantificação dos postos e obtenção das densidades

pluviométricas nas regiões geográficas do estado. Em seguida, esses dados foram comparados com

padrões internacionais e outros estados do Brasil. Foi realizado também um levantamento de todos

os órgãos públicos envolvidos, dos quais constavam equipamentos operando nessas regiões.

Concluiu-se, então, que o Litoral, Zona da Mata e Região do São Francisco apresentaram valores

mais favoráveis quanto às densidades pluviométricas, por nelas realizarem atividades econômicas

mais intensas, enquanto o Sertão, de um modo geral, apresentou a menor densidade. Para obtenção

35


destes resultados foram utilizadas as recomendações da OMM. A densidade populacional foi

considerada como um dos fatores determinantes na densidade de estações, e foi aplicado o modelo

cartesiano de LANGBEIN, o qual apresentou resultados acima dos recomendados.

SHEFFER et al. (1994) analisaram a rede pluviométrica do Estado de Pernambuco operada

pelo LAMEPE quanto ao seu dimensionamento. A densidade da rede, tanto para o Estado como

para as microrregiões em particular, foi comparada aos critérios da OMM. Foi ressaltada a

importância de uma rede bem dimensionada para obtenção de dados de boa representatividade, para

serem utilizados no planejamento dos recursos hídricos. Foi destacado que, apesar de satisfatória, a

densidade decrescia no sentido do Litoral ao Sertão, em consonância com as densidades

demográficas. Após a comparação das densidades pluviométricas com outros estados brasileiros,

foram analisadas as microrregiões de Pernambuco. A análise prosseguiu através da determinação

das densidades relativas, a partir das densidades populacionais utilizando o gráfico de LANGBEIN.

Verificou-se que a microrregião da Mata poderia ser considerada privilegiada e o Sertão apresentou

as menores densidades pluviométricas. Apesar do Estado se encontrar dentro dos limites

estabelecidos, observou-se que não havia uma distribuição uniforme dos postos. Os efeitos

meteorológicos dominantes foram considerados como fator importante no planejamento de uma

rede. Com isso, foi analisada a distribuição dos coeficientes de irregularidade das precipitações,

mapeando-os em forma de isolinhas.

ALVES et al. (2002) analisaram a distribuição espacial da rede pluviométrica existente no

Estado de Pernambuco, sob a responsabilidade da SRH-PE, através do Departamento de

Hidrometeorologia. A finalidade dessa rede era disponibilizar informações pluviométricas para

serem utilizadas em projetos, no âmbito da meteorologia, recursos hídricos, entre outras. A análise

se estendeu entre as mesos e microrregiões do Estado, segundo avaliações realizadas distintamente,

entre as redes de equipamentos convencionais e telemétricos.

Para isso utilizou-se o método recomendado pela OMM para as densidades mínimas permitidas.

Foi observada uma boa densidade para o estado, embora tenham sido constatados valores inferiores

ao permitido no Sertão e que 15 municípios se encontraram completamente desprovidos de

medidores de chuvas. Foi Sugerida, então, a ampliação de ambas as redes, com prioridades para as

PCD’s nos locais de difícil acesso.

PAIVA (2001) apresenta um exemplo de projeto de rede de estações pluviométricas,

fluviométricas e sedimentométricas para a Bacia do Rio Ibicuí, pertencente à Bacia do Rio Uruguai.

Destacam que anualmente foi efetuados uma avaliação das redes com o objetivo da implantação

dos mecanismos de gestão previstos no Sistema Estadual de Recursos Hídricos do Estado do Rio

Grande do Sul. O projeto da rede pluviométrica levou em condição as estações existentes, sua

distribuição espacial, as condições de acesso, os limites recomendados pela WMO (1994) e a

36


estrutura espacial da precipitação média na região. No estudo foram identificas 97 estações. Apesar

desse número resultar em uma densidade considerada adequada pelos padrões da WMO (1994), foi

verificado que do total 23 estações haviam sido extintas e algumas outras se encontravam agrupadas

nos centros urbanos, não representando a variação espacial significativa para a caracterização da

precipitação média. Foi proposto então uma rede básica com 34 estações, tomando como base o

período de registro e a distribuição espacial dessas estações.

A avaliação da estrutura espacial da precipitação foi então realizada considerando essas 34

estações selecionadas e outras séries históricas de estações que haviam sido desativadas, mas que

tinham período de observação suficiente para análise e estavam localizadas em regiões com

deficiência de informações. A análise demonstrou a necessidade de 48 estações para estimativa da

precipitação média na bacia e foram indicadas localizações para as estações projetadas levando em

consideração as condições de acesso e disponibilidades de observador, confirmadas em visita de

campo, e não simplesmente utilizando o resultado da análise de variabilidade espacial e as

indicações de densidade da WMO (1994).

A ANA (2002), em convênio de cooperação com a UNESCO realizou estudos em todo o Brasil,

visando diagnosticar e replanejar a Rede Hidrometeorológica Nacional. Como passo inicial

investigou a rede existente para então definir os prognósticos exigidos à sua otimização. Na

metodologia utilizada foram destacadas as recomendações da OMM, com aplicações diretas em

alguns estados brasileiros e bacias hidrográficas mais importantes. Por tratar da Rede Nacional de

um modo geral serão aqui resumidos os estudos realizados na Bacia do Rio São Francisco e no

Estado da Bahia, exclusivamente dedicados à parte pluviométrica da Rede.

Na parte referente à Bacia do Rio São Francisco, para diagnosticar e apresentar proposta de

complementação da rede existente e definir os parâmetros de reestruturação, considerou-se que a

cobertura espacial da rede pluviométrica deveria ser ampla e homogênea para que as informações

produzidas fossem representantes fiéis da bacia, e que tal homogeneidade, aliada ao aumento da

qualidade das informações coletadas, fosse também alcançada com a correção das distorções

existentes, para assim poder obter os dados necessários à gestão integrada dos múltiplos usos dos

recursos hídricos na bacia, com a confiabilidade desejada. Para isso levou-se em conta que o

esforço na identificação e equacionamento das parcerias entre os agentes seria de fundamental

importância para a ampliação e modernização do monitoramento.

Diante destes objetivos, foram adotadas algumas diretrizes, inclusive o planejamento da rede

conforme as recomendações da OMM, da ANA e do DNAEE / ANEEL, visando uma distribuição

espacial mais adequada e evitando a dualidade de monitoramento da rede proposta, além de

considerar que a implantação da rede básica seria feita em etapas sucessivas. A atualização do

levantamento das entidades e estações, a disponibilidade dos dados e outras informações relevantes,

37


como a observância das particularidades regionais durante os procedimentos da ANA e

recomendações da OMM, foram também evidenciadas.

Para adequação da densidade na bacia de um modo geral, constatou-se que a distribuição da

cobertura foi considerada heterogênea apesar de ter atendido ao limite recomendado. Na parte

reservada às estações da rede básica (operadas pela CPRM em convênio com a ANA), a densidade

ficou bem aquém do limite mínimo desejado, embora tenha sido superado em algumas sub-bacias.

Com vista à ampliação da rede foram definidos alguns critérios para localização das estações na

bacia: locaram-se as estações nas regiões de planícies e nas serras, mesmo quando aparentemente

houvesse excessos de coberturas, por estas estarem sujeitas a precipitações de origem orográficas,

visando ampliar a base de dados para estudos sobre precipitações concentradas; locou-se um

pluviômetro convencional nos núcleos urbanos onde não havia cobertura ou nas suas proximidades;

definiu-se em conjunto com a ANA que a cada grupo de 5 pluviômetros convencionais seria

instalado um registrador, preferencialmente do tipo data-logger, equivalente a pluviógrafo e; nos

locais mais inóspitos, sugeriu-se instalar estações automáticas e telemétricas com mais autonomia,

devido aos elevados custos associados às visitas.

Do ponto de vista econômico, o custo de manutenção das estações, por um lado, tende a ser

crescente, em função do aumento do quantitativo de estações, da substituição de equipamentos e

sensores devido à obsolência, depredação e danos de origens diversas. Por outro lado, o aumento da

densidade de pontos da rede tenderá a trazer uma redução no custo médio de operação de cada

ponto devido à diluição dos custos fixos e variáveis da operação da rede.

Na parte dedicada ao Estado da Bahia, os estudos consideraram que a avaliação e o

planejamento de uma rede hidrometeorológica, com um número ideal de estações, é bastante

complexo, dada a diversidade de fatores envolvidos para o seu planejamento. Destacou as

recomendações da OMM, WMO (1984), o método baseado na precisão desejada e o método

baseado nos eventos meteorológicos predominantes (LLAMAS, 1993), como metodologias para

determinação de uma rede ótima. Considerou que LLAMAS (1993) em seus estudos sempre

procurou relacionar as densidades pluviométricas aos fatores físicos e meteorológicos, com

previsões do desenvolvimento urbano, agrícola e industrial, e da capacidade econômica local.

FERREIRA FILHO et al. (2000) aplicaram a metodologia kriging à rede pluviométrica do

Estado do Ceará. Para isso foi necessário dividirem a área do Estado em três partes, quer sejam:

Serra do Ibiapava, Litoral e Interior. Enfatizaram a importância da precipitação como variável

necessária ao estudo dos recursos hídricos, ressaltando que para o efetivo monitoramento dessa

variável seriam imprescindíveis a instalação, operação e manutenção dos pluviômetros em uma

região. Afirmaram ainda que tornar-se-ia fundamental a determinação da precipitação média, e que

sua precisão dependeria da existência de uma grande quantidade de pluviômetros, que por razões

38


econômicas somente são instalados em quantidade limitada. Com o objetivo de estimar valores em

locais onde não havia pluviômetros, adotaram a krigagem para que o relacionamento espacial entre

os postos pluviométricos pudesse tornar-se mais eficiente quanto à precisão.

O critério utilizado para fixação do tempo de observação hidrológica foi estipulado para as três

partes em um mínimo de dez anos consecutivos, perfazendo um total de 27 postos de

responsabilidade do DNAEE / SUDENE.

A fim de se conhecer com precisão os valores da precipitação média sobre essas partes, foram

utilizados os métodos kriging e Thiessen. O primeiro para suprir os espaços desprovidos de

pluviômetros e, através das pluviometrias pontuais, se obter a precipitação média, para então

comparar com os resultados do segundo método, verificando as diferenças dos seus valores e os

erros percentuais indicados nos dois processos.

Foi possível concluírem que a metodologia kriging se mostrou bastante eficiente na

determinação pluviométrica média anual, apresentando melhores resultados que o método de

Thiessen, principalmente quando a quantidade de postos pluviométricos disponíveis foi pequena,

fato este bastante comum na região do Nordeste do Brasil.

OLIVEIRA & CHAUDRHY (1995) abordaram o problema da estimativa de isoietas com base

em dados pluviométricos utilizando os métodos geoestatísticos de kriging e Co-kriging. A partir

desta abordagem foi possível comparar os métodos adotados considerando o efeito da orografia na

precipitação da Bacia do Rio Camanducáia, local onde se desenvolveu o trabalho. A influência

orográfica foi detectada através de um estudo preliminar que envolveu a dependência da

precipitação em relação às altitudes dos postos selecionados.

Considerou-se que a precipitação, apesar do seu caráter regional, apresenta variações espaciais

devido aos efeitos orográficos difíceis de serem conhecidos detalhadamente em virtude da escassez

de dados. Os autores afirmaram ainda que os métodos geoestatísticos oferecem a possibilidade de se

prever informações no espaço, em pontos não cobertos pela rede pluviométrica e, portanto,

permitem uma maior acurácia na obtenção de isoietas, enquanto os métodos convencionais, como a

interpolação clássica e o método dos mínimos quadrados, são insuficientes para inferir a

No método co-kriging, a variável de interesse do caso estudado foi a precipitação, e a variável

auxiliar, a altitude. Foram selecionados 26 postos pluviométricos, dentro e fora da bacia estudada,

esta contendo 904,00km2, com as altitudes dos postos entre 570 a 1.080m. A fixação do período de

observação hidrológica adotada resultou da tentativa de se obter o maior número possível de postos

pluviométricos, exigindo com isso a exclusão de alguns, determinando assim o período que vai de

1971 a 1980, na rede submetida à responsabilidade do DAEE, utilizando o trimestre mais seco,

compreendendo os meses de julho à setembro, por conta do período da dependência das variáveis

utilizadas.

39


Após os estudos preliminares dos semivariogramas com amostras disponíveis, foram inseridos

60 pontos adicionais de altitudes, coletados diretamente dos mapas topográficos. Daí, traçado os

semivariogramas das variáveis envolvidas foram ajustados ao modelo gaussiano. Como resultado

das análises, foi observada a superioridade do método co-kriging sobre o método kriging, pois a

definição das isoietas foi significativamente fiel ao efeito orográfico no caso do método co-kriging.

GOMES & SILANS (2000), considerando que a precipitação nas bacias hidrográficas do

Nordeste do Brasil apresenta uma grande variabilidade espacial, investigaram o efeito desta

variabilidade sobre o cálculo da precipitação média na Bacia do Rio Gramame, localizada no

Litoral paraibano, onde a densidade de pluviômetros é bastante elevada. Foi observado também que

o método clássico de Thiessen estima bem a precipitação média. Entretanto, os resultados

mostraram que erros significativos podem surgir em algumas sub-bacias. Os autores salientaram a

importância do conhecimento da precipitação média para estimativa dos recursos hídricos e a

reduzida atenção que foi dada ao assunto no decorrer dos tempos, constatadas as habituais

aplicações do método dos polígonos de Thiessen, desde seus estudos em 1911.

Foi destacada que as freqüentes chuvas convectivas que caracterizam o Nordeste do Brasil

apresentam uma elevada variabilidade espacial. A bacia estudada possui 15 postos pluviométricos

em uma área aproximada de 589,00 km2, além da Rede da SUDENE em torno da bacia, tornando-a

bastante densa. Os autores tiveram como objetivo comparar o cálculo do valor médio da

precipitação com diversos métodos, sendo esses: o método dos polígonos de Thiessen; o método da

interpolação pelo inverso do quadrado da distância; o método de Shepard e o método da kigragem

ordinária.

Para isso foram escolhidos três anos específicos, respectivamente correspondentes a anos com

baixa, média e alta variabilidade espacial, crescentemente ordenados pelos coeficientes de variação

da precipitação média, e os meses do período chuvoso do ano de média variabilidade espacial, além

de um dia destes meses, de modo aleatório, para assim comparar os resultados da aplicação dos

diversos métodos.

Concluiu-se, então que a bacia hidrográfica do Rio Gramame é exemplar por dispor de uma rede

pluviométrica bastante densa, fato que não deve ocorrer com outras bacias litorâneas do Nordeste

do Brasil. Ainda como conclusão, foi ressaltado que o método de Thiessen, nestas condições, gera

excelentes valores, mesmo quando existir uma variabilidade espacial importante. Porém, foi

comprovado que erros significativos poderão surgir para algumas bacias ou caso o número de

postos for menor. Foi sugerido que estudos fossem realizados para otimização das redes

pluviométricas das bacias do Litoral do Nordeste brasileiro.

ALMEIDA et al.(2004) ressaltaram que a variabilidade temporal das precipitações no Nordeste

do Brasil tem sido muito estudadas devido às características semi-áridas e à susceptibilidade aos

40


eventos decorrentes das secas. No entanto, foi reconhecida também a necessidade da avaliação

espacial da variável pluviométrica. Foi efetuada a análise da variabilidade espacial da precipitação

anual média e da precipitação média no trimestre úmido na Bacia do Rio Ipanema, em Pernambuco,

utilizando a metodologia geoestatística. Foi incluído também na avaliação, o processo de formação

das chuvas através da distribuição espacial de coeficientes de irregularidade.

A bacia hidrográfica estudada tem sua maior parte localizada no Estado de Pernambuco,

enquanto a menor parte fica no Estado de Alagoas, ambas perfazendo uma área total

aproximadamente igual a 6.245,00 km2. Trata-se de uma sub-bacia do Rio São Francisco, a qual

representa uma das Unidades de planejamento hídrico do Estado de Pernambuco. Nesta área foram

selecionados 16 postos pluviométricos, cujos períodos de observação obedeceram ao intervalo de

1963 a 1990. Os dados foram obtidos no banco de dados da ANA dos postos operados pela

SECTMA. Na preparação das séries pluviométricas utilizaram técnicas e software específicos com

fins de preenchimento das falhas uma vez que se encontraram na condição de dados brutos.

As 16 séries pluviométricas foram submetidas a uma análise estatística clássica, cuja

distribuição apresentou-se ajustadas à distribuição normal. O ajuste das variáveis à distribuição

normal e log-normal foi aferido visualmente, sendo as precipitações melhor representadas por seus

valores normais que os coeficientes de irregularidade.

Após a confirmação da hipótese de normalidade de valores para as variáveis pluviométricas,

foram utilizadas as ferramentas de análise geoestatística para interpolação por krigagem ordinária, o

qual foi submetido ao teste da validação cruzada sob condições isotrópica e anisotrópica. Com isso

foi possível construir mapas de isolinhas de precipitações anuais médias e trimestres mais úmidos, e

um mapa de erro produzido na predição dos valores interpolados.

Os coeficientes de irregularidade utilizados foram submetidos à espacialização usando toda a

metodologia já descrita, que por sua vez foi mais bem ajustada ao modelo do semivariograma, em

condições isotrópicas e aplicação do método de krigagem ordinária, cuja dependência espacial

apresentou-se fraca.

Com isso, foi afirmado que a geoestatística se revela uma forte ferramenta de aplicação espacial,

que ainda permite a compreensão e distribuição da confiabilidade do processo de espacialização da

variável. Foi proposta a utilização do método Co-kriging como ferramenta geoestatística de suporte

aos resultados obtidos neste trabalho auxiliando na estimativa de precipitação sob efeito de variável

externa como o caso da altitude.

TRARBACH (2004) afirmou que para o gerenciamento eficaz dos recursos hídricos seria

fundamental a utilização de informações hidro-climáticas fornecidas pelas redes de monitoramento,

dentre as quais, as redes pluviométricas. Foi destacado ainda que o número e a configuração, esta

última entendida como a distribuição das estações, afeta diretamente a precisão da estimativa de

41


precipitação sobre uma área de interesse. Por este motivo, foi ressaltado que o dimensionamento

adequado de rede pluviométrica seria fundamental para obtenção de dados precisos na avaliação da

disponibilidade hídrica.

Para avaliar a influencia da configuração da rede pluviométrica na precisão da estimativa da

precipitação média total anual e sazonal na Bacia do Rio São Mateus e entorno, localizada no

Estado do Espírito Santo, foram utilizadas 18 estações pluviométricas, contendo os registros no

período de 1970 a 2000, adquiridos no banco de dados da ANA. Através da utilização de software

específico conseguiu-se avaliar a influência da configuração dessa rede segundo a precisão

desejada.

Foi destacado o método proposto pela OMM como sendo um dos mais comumente empregados,

além das técnicas estatísticas utilizadas nas análises quantitativas e de distribuição da precipitação,

associadas ao dimensionamento de redes pluviométricas como: a correlação, a regressão linear e a

análise de variância.

Para avaliar a influência da configuração da rede pluviométrica na precisão da estimativa da

média total anual e dos períodos secos e chuvosos, foram realizadas estimativas pontuais,

estimativas da média sobre a região de estudo e obtenção da configuração ótima formada por cada

subgrupo de estações da região, como também os cálculos da precipitação média e da variância,

associada à estimação de todas as combinações possíveis para as configurações da rede

pluviométrica.

Os resultados das análises demonstram que através da aplicação da geoestatística pode-se obter

o número e a locação das estações de uma rede pluviométrica para atender uma precisão de

estimativa desejada, e, portanto, auxiliar a tomada de decisão no dimensionamento e revisão de

redes pluviométricas.

42

CAPÍTULO III

ÁREA DE ESTUDO

Capítulo III Área de Estudo

III. 1 – Características gerais da Bacia do Ipojuca III. 1.1 – Localização e divisões especiais

Considerada uma das treze bacias hidrográficas mais importantes do Estado de Pernambuco, sua

localização, entre os paralelos 08° 09’ 50’’e 08° 40’ 50’’ de latitude sul e os meridianos 34° 57’

52’’ e 37° 02’ 48’’ de longitude oeste, permite-lhe uma grande extensão no sentido do curso fluvial

principal, ou seja, oeste/leste, em relação à largura da sua área de drenagem, cobrindo assim uma

superfície total de 3.433,58 km2. Sua localização encontra-se ilustrada na Figura III.1.

A divisão político-administrativa consta de 12 municípios com sedes municipais situadas no

interior da bacia e mais 12 municípios com sedes nas bacias vizinhas, perfazendo um total de 24

municípios. A Tabela III.1 apresenta as áreas desses municípios e suas partes na bacia. A divisão

administrativa pode ser vista no Mapa VIII.3 (anexo).

Tabela III. 1 - Áreas dos municípios da Bacia do Ipojuca (SECTMA, 1998).

MUNICÍPIOS Áreas dos Municípios

Total Pertencentes à bacia

Áreas da bacia ocupadas pelos

municípios

km2 km2 % % 1 ALAGOINHA 180,10 54,61 30,32 1,59 2 ALTINHO 452,60 6,70 1,48 0,20 3 AMARAJI 238,80 60,89 25,50 1,77 4 ARCOVERDE 380,60 104,09 27,35 3,03 5 BELO JARDIM * 653,60 230,92 35,33 6,73 6 BEZERROS * 545,70 226,95 41,59 6,61 7 CACHOEIRINHA 183,20 1,81 0,99 0,05 8 CARUARU * 932,00 387,62 41,59 11,29 9 CHÃ GRANDE * 83,70 68,52 81,86 2,00 10 ESCADA * 350,30 203,73 58,16 5,93 11 GRAVATÁ * 491,50 169,03 34,39 4,92 12 IPOJUCA * 514,80 150,84 29,30 4,39 13 PESQUEIRA 1036,00 606,79 58,57 17,67 14 POÇÃO * 212,10 189,62 89,40 5,52 15 POMBOS 236,10 66,51 28,17 1,94 16 PRIMAVERA * 96,50 79,09 81,96 2,30 17 RIACHO DAS ALMAS 313,90 8,19 2,61 0,24 18 SAIRÉ 198,70 75,88 38,19 2,21 19 SANHARÓ * 247,50 235,45 95,13 6,86 20 SÃO BENTO DO UNA 715,90 70,15 9,80 2,04 21 SÃO CAETANO * 373,90 262,37 70,17 7,64 22 TACAIMBÓ * 210,90 131,81 62,50 3,84 23 VENTUROSA 325,10 2,22 0,68 0,06 24 VITÓRIA DE SANTO ANTÃO 345,70 39,79 11,51 1,16

TOTAL - 3.433,58 - 100

* Municípios com sedes municipais localizadas na Bacia do Rio Ipojuca

44


45


A divisão geográfica estabelecida para o Estado de Pernambuco considera que no sentido

leste/oeste, a Bacia do Ipojuca compreende as regiões geográficas do Litoral, Zona da Mata,

Agreste, e parte inicial do Sertão. No mesmo sentido, encontram-se inseridas as microrregiões de

Recife, Vitória de Santo Antão e Vale do Ipojuca.

Na divisão hidrográfica estabelecida para o Estado de Pernambuco (SECTMA, 1998) a Bacia do

Rio Ipojuca constitui a Unidade de planejamento (UP 3). Os limites de vizinhança com as demais

bacias hidrográficas do Estado são: ao norte, seu contorno encontra-se ligado à Bacia do Rio

Capibaribe (UP2) em sua maior parte, e um Grupo de bacias de pequenos rios litorâneos (GL2); ao

sul, ficam as Bacias dos Rios Una (UP 4), Sirinhaem (UP 5) e um Grupo de bacias de pequenos rios

litorâneos (GL 3); ao leste, o Oceano Atlântico; e ao oeste, as Bacias dos rios Ipanema (UP7),

Moxotó (UP 8) e parte do Estado da Paraíba. A Figura III.2 apresenta a divisão hidrográfica do

Estado de Pernambuco.

III. 1.2 – Aspectos econômicos e sociais

A Bacia do Rio Ipojuca possui uma população estimada de 666.894 habitantes, segundo o

somatório das populações dos municípios com sede no interior da bacia (IBGE, 2000). Esta

população estimada corresponde à fração de 1/12 da população do Estado e encontra-se distribuída

nas zonas rurais e urbanas. O PNUD (2000) divulgou os IDH (Índice de Desenvolvimento Humano)

para os Estado de Pernambuco, conforme a Tabela III.2.

Tabela III. 2 – Índices de Desenvolvimento Humano na Bacia do Rio Ipojuca.

Item Municípios com sede municipal dentro da bacia

IDH Item Municípios co sede municipal fora da bacia

IDH

1 IPOJUCA 0,658 13 PESQUEIRA 0,636 2 ESCADA 0,645 14 ALAGOINHA 0,630 3 PRIMAVERA 0,632 15 POMBOS 0,641 4 CHÃ GRANDE 0,612 16 ALTINHO 0,590 5 GRAVATÁ 0,654 17 RIACHO DAS ALMAS 0,609 6 BEZERROS 0,619 18 SAIRÉ 0,598 7 CARUARU 0,713 19 CACHOEIRINHA 0,642 8 SÃO CAETANO 0,580 20 SÃO BENTO DO UNA 0,623 9 TACAIMBÓ 0,598 21 AMARAJI 0,617 10 BELO JARDIM 0,625 22 ARCOVERDE 0,708 11 SANHARÓ 0,618 23 VENTUROSA 0,650 12 POÇÃO 0,571 24 VITÓRIA DE SANTO ANTÃO 0,663

46


47


O IPEA (2004) confirma que este índice é medido a partir de indicadores de educação

(alfabetização e taxa de matrícula), longevidade (esperança de vida ao nascer) e renda (PIB per

cápita). Os índices variam de 0 (nenhum desenvolvimento humano) a 1 (desenvolvimento humano

total). Portanto, o desenvolvimento humano na Bacia do Ipojuca pode ser considerado médio por se

enquadrar no intervalo entre 0,500 e 0,799 segundo este instituto.

A economia da região da Bacia do Ipojuca é voltada em sua maior parte para a atividade

agropecuária e industrial, a qual apesar de gerar empregos, os rendimentos agrícolas podem ser

considerados baixos e com ocorrência de produção sazonal por efeito das crises climáticas. As

atividades produtivas geralmente se diversificam em função das condições climáticas locais,

determinando assim diferentes modalidades de ocupação do solo e definindo, por conseqüência, os

patamares econômicos e sociais. O setor industrial apresenta-se mais diversificado, porém as

unidades de maior porte estão localizadas nos municípios de Pesqueira, Sanharó, Belo Jardim,

Caruaru e no Complexo Portuário de Suape.

Considerando a energia elétrica um insumo fundamental à produção, a Bacia do Ipojuca pode

ser considerada como bem atendida, uma vez que todos os núcleos urbanos são beneficiados por

esse serviço, inclusive a zona rural, bastante favorecida pela expansão da eletrificação, justificando

assim a elevação do consumo e do número de usuários nos últimos anos.

A forma alongada da bacia constitui uma configuração privilegiada por se tornar uma via de

comunicação entre o Litoral e o Sertão pernambucano, servindo também de eixo de ligação e

transição com a RMR, explicando assim o maior dinamismo econômico do corredor do Ipojuca em

relação às bacias vizinhas.

Por este motivo vem se ampliando a atenção dos Governos e Prefeituras locais na busca por

maiores investimento em infraestruturas, principalmente obras de engenharia e programas sociais,

por conta de alguns municípios já corresponderem, por excelência, a grandes pólos turísticos,

comerciais, educacionais e industriais, caracterizando uma região potencialmente promissora ao

desenvolvimento do estado. Atualmente, destaca-se a duplicação da Rodovia Federal Luiz Gonzaga

BR-232, o Complexo Portuário de Suape e as obras assistenciais de saneamento básico nos maiores

centros urbanos. O sistema rodoviário interligando os municípios das bacias vizinhas pode ser visto

no Mapa VIII.3 (anexo).

A rodovia duplicada corta grande parte da bacia e serve de interligação entre os portos

marítimos de Recife e Suape, ambos na RMR, com as demais regiões do Estado, canalizando

translado opcional e às vezes obrigatório no escoamento da produção, como exemplo: o Pólo

gesseiro em Araripina e as atividades de fruticulturas em Petrolina, ambos no Sertão; as indústrias

têxteis nos municípios de Caruaru, Toritama e Santa Cruz do Capibaribe no Agreste; as atividades

48


agropecuárias e de floriculturas também em vários municípios do Agreste; e finalmente, as Usinas

de açúcar e Destilarias de álcool na Zona da Mata.

Ainda com relação ao sistema viário, é importante salientar a ferrovia que liga a capital ao

município de Salgueiro, também cortando a bacia em sua maior parte, margeando o traçado descrito

pela BR – 232. Apesar da mesma se encontrar em estado bastante avariado, a sua recuperação

implicará em transporte alternativo, também favorecendo o desenvolvimento econômico da bacia.

Segundo SECTMA (1999), em um plano diretor de bacia hidrográfica os cenários são

formulados com base nas constatações sobre os processos e tendências de evolução constatadas na

área, bem como as ações planejadas pelos agentes públicos e privados que, quando implementadas,

deverão ser capazes de modificar os processos sociais e econômicos em curso, alterando suas

tendências históricas. As condições do ambiente externo, estadual, nacional, e mundial também

influenciam e condicionam a evolução histórica da economia e das condições sociais da área em

foco.

III. 1.3 – Caracterizações climáticas e meteorológicas

Do ponto de vista geográfico, a Bacia do Rio Ipojuca começa no início do Sertão e tem sua

maior parte situada no Agreste, passando pela Zona da Mata e terminando na faixa costeira do

Litoral pernambucano, onde encontra o Oceano Atlântico para desaguar. As variações climáticas

constatadas são responsáveis pelas modificações paisagísticas, as quais influenciam as diferentes

ocorrências demográficas. As intensidades das chuvas decrescem à medida que se adentra no

continente, contrastando com os índices evaporimétricos que passam a crescer.

O litoral e a Zona da Mata apresentam maiores índices de umidade relativa do ar, onde se pode

constatar a existência de um clima quente e úmido. Na Zona da Mata, a predominância da floresta

atlântica como vegetação nativa, encontra neste clima a favorabilidade de que necessita. As chuvas

anuais médias são superiores a 1.000 mm na Zona da Mata e 2.000 mm nas áreas litorâneas, ambas

com período chuvoso de março a agosto, onde são registrados de 75 a 80% do total anual. Pode-se

ai constatar a influência da massa de ar tropical marítima, que em geral é instável e úmida. Além

disso, essa região sofre a influência de penetrações de sistemas frontais do sul e perturbações

atmosféricas de Leste.

Considerando o Agreste como um trecho intermediário, com totais anuais médios inferiores a

600 mm em alguns municípios, entre a Mata e o Sertão, é nele que se inicia o polígono das secas,

principalmente no município de Gravatá, estendendo-se no sentido do Sertão, onde o clima semi-

árido é bem caracterizado. É possível também observar a presença de microclimas de altitude em

alguns municípios, onde as temperaturas são baixas em determinadas épocas do ano. Observa-se ai

uma abundância da vegetação do tipo cactos e caatingas, por suas capacidades de resistirem às

49


longas estiagens. Na parte mais próxima do Sertão a contribuição da ZCIT é mais efetiva do que

dos sistemas de leste, com período mais chuvoso de fevereiro a julho, com ocorrência de 67% da

precipitação anual média. Nas áreas mais próximas da Zona da Mata, as contribuições dos sistemas

de leste são mais importantes do que a ZCIT, com a estação chuvosa se estendendo de março até

junho. A Figura III.3 apresenta o polígono das secas cortando o Estado de Pernambuco nas

proximidades do município de Gravatá e sua abrangência na Região Nordeste.

Figura III. 3 – Polígono das secas na Região Nordeste (CPRM, 1998)

50


O Agreste, por ser considerada uma região intermediária, entre os climas úmidos e secos, pode

em algumas vezes assumir essas duas características. Sendo assim, a Bacia do Ipojuca é

caracterizada por apresentar suas regiões mais chuvosas localizadas no Litoral e Zona da Mata, por

ocasião da incidência direta e sem obstáculos dos sistemas meteorológicos dominantes vindos do

oceano. A presença do Planalto da Borborema praticamente define duas regiões climáticas e

regimes hidrológicos diferentes, provocados pela perda de umidade decorrente das precipitações

precoces, estimuladas pelas altitudes, que se elevam no sentido leste-oeste. Esse fenômeno,

conhecido como efeito orográfico da precipitação resulta na determinação de regiões mais secas, as

quais caracterizam o Agreste.

Essa modificação climática implica em maiores ocorrências de chuvas frontais no Litoral e

Zona da Mata, e convectivas no Agreste, como também determina maiores índices de evaporação

no Agreste do que na Mata, e litoral. A constatação da irregularidade na distribuição das

precipitações, observadas ao longo dos anos, vem causando à população dos municípios da bacia

expectativas quanto à segurança e qualidade de vida, principalmente as localizadas nas margens do

rio ou próximas delas, no que diz respeito às longas estiagens ou enchentes inesperadas.

A Figura III.4 mostra a repartição das precipitações anuais médias na Bacia do Ipojuca, do

Agreste ao Litoral, tornando possível a observação das suas variações, através das ocorrências

registradas ao longo de períodos recentes. A localização dos pontos de registros nos municípios e

distritos da bacia estão apresentadas na Figura III.5.

Figura III. 4 - Repartição das precipitações anuais médias na Bacia do Ipojuca (SECTMA, 2000).

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

Cimbres

Salobro

Sapo Queimado

Belo Jardim

Tacaimbo

Caruaru

Caruaru (IPA)

Bezerros

Primavera

Escada

Ipojuca

Eng. TabatingaP

luviométria anual (mm)

51


Figura III. 5 – Mapa de localização de registros pluviométricos na Bacia do Rio Ipojuca.

III. 1.4 - Uso do solo e vegetação

Dentre as principais atividades que ocupam o solo da Bacia do Ipojuca, pode-se afirmar que na

Zona da Mata observa-se uma predominância da produção canavieira em relação às outras

atividades. O pasto ocupa uma posição de destaque nos municípios de Sanharó, São Caetano,

Pesqueira e Gravatá. Neste último pratica-se, além da pecuária, a olericultura juntamente com a

floricultura e a mandioca. O Norte de Belo Jardim, Sul de São Caetano e Sudoeste de Caruaru,

favorecem as hortas e pomares. No trecho entre São Caetano e Gravatá pode-se encontrar a cultura

de campineira e hortaliças. Vale salientar que Caruaru é o município que apresenta a maior

diversidade de produção no solo da bacia.

Quanto à vegetação nativa, a bacia comporta em sua maior parte a presença de espécies

xerófilas, com abundância dos cactos e bromélias, caracterizando assim a região fitogeográfica da

caatinga, onde se observa menor umidade.

Nas áreas de maiores elevações, conseqüentemente mais expostas aos ventos, nota-se a

ocorrência de ecossistemas diferentes dos encontrados nas áreas mais baixas. Essas áreas de maior

elevação são denominadas de brejos de altitude, onde se pode encontrar a presença de florestas

serranas.

Nas regiões onde a umidade é mais elevada, pode-se encontrar, mesmo em proporções

reduzidas por conta do antropismo, a presença da floresta tropical atlântica, enquanto na planície

costeira predomina a vegetação que caracteriza os ecossistemas dos manguezais e restingas.

A SECTMA (1998) investigou através de imagens de satélites, as áreas de ocupação para

diferentes classes de uso do solo e da vegetação no espaço interior da bacia, chegando às

constatações apresentadas na Tabela III. 3.

52


Tabela III. 3 - Vegetação e uso do solo (SETCMA, 1998).

USO DO SOLO E VEGETAÇÃO ÁREA (KM2) PERCENTUAL (%)

Vegetação arbórea fechada 140,54 4,00 Açude 3,81 0,11 Solo exposto 403,90 11,50 Mangue 9,18 0,26 Oceano 0,59 0,02 Vegetação arbustiva arbórea fechada 224,08 6,37 Vegetação arbustiva arbórea aberta 19,19 0,54 Mata atlântica 176,37 5,02 Antropismo 1387,52 39,49 Cana de açúcar 1051,30 29,91 Área urbana 28,79 0,82

Uso não identificado: Nuvem 41,32 1,17 Sombra 27,71 0,79

Igualmente a outras bacias hidrográficas do Estado, a Bacia do Rio Ipojuca impõe como desafio

um controle da qualidade de suas águas para atendimento aos usos múltiplos. Este fato decorre das

más condições em que o solo é ocupado, tanto nas zonas urbanas como nas rurais, ambas

apresentando implantação desordenada, acompanhada dos fatores naturais que também influenciam.

III. 1.5 – Hidrografia e relevo

A ocorrência geológica pode ser considerada predominantemente cristalina por ocupar um

percentual de 97% da área da bacia, restando 3% de áreas sedimentares onde dominam os depósitos

aluviais. Quanto ao relevo, a Bacia do Ipojuca apresenta características heterogêneas.

Segundo SECTMA (1998), na parte leste da bacia correspondente à planície costeira, as

altitudes não ultrapassam 100m, podendo-se observar nas proximidades dos municípios de Chã

Grande e Gravatá, onde a bacia é cortada pelo planalto, um conjunto de morros e colinas dispostos

sobre o cristalino com elevações perto de 300 m, modificando o relevo para um patamar mais

elevado no sentido oeste.

Na parte oeste, localizada entre o planalto e as proximidades do município de Belo Jardim, a

bacia apresenta superfícies relativamente planas, com altitudes entre 400 a 700 m. Os municípios de

Belo Jardim, Sanharó, Pesqueira e Poção, constituem as mais elevadas superfícies da bacia, com

cotas altimétricas que variam entre 800 a 1.100m. O detalhes altimétricos da bacia estão

apresentados no Mapa VIII.4 (anexo).

O Rio Ipojuca percorre uma extensão de 294,00 km, desde sua nascente nas encostas da Serra

do Pau D’arco, localizada nas proximidades do município de Arcoverde, a uma altitude cerca de

900 m, até sua foz no Litoral Sul pernambucano, especificamente nas regiões estuarinas do distrito

de Suape, pertencente ao município de Ipojuca. Seu principal afluente é o Riacho Liberal, cuja

53


nascente está localizada nas encostas da Serra do Buco, no município de Venturosa, em uma

altitude de aproximadamente 1.000 m, onde começa a drenar uma extensão de 36 km, passando

pelos municípios de Alagoinha, Pesqueira e Sanharó, até desaguar no Rio Ipojuca, cerca de 6 km à

jusante da sede municipal de Sanharó. A Figura III. 6 mostra o perfil longitudinal do Rio Ipojuca,

desde sua nascente até a desembocadura no Oceano Atlântico.

A malha hidrográfica da Bacia do Rio Ipojuca pode ser considerada razoavelmente densa,

compreendendo os afluentes pela margem direita: Riacho Liberal, Riacho Papagaio, Riacho Pau

Santo e Rio do Mel, e pela margem esquerda: Riacho Ângelo Novo, Riacho da Onça, Riacho dos

Mocós, Riacho do Meio e Riacho Pata Choca. O rio principal corta diversas sedes municipais

destacando-se: Belo Jardim, Caruaru, Bezerros, Gravatá, Escada e Ipojuca. O regime fluvial torna-

se perene a partir de Caruaru, com vazões mínimas e máximas na ordem de 0,80 e 70,0 m3/s nas

proximidades de Gravatá. Seu estuário foi bastante alterado nos últimos anos em decorrência da

implantação do Complexo Portuário de Suape. A Malha hidrográfica de drenagem superficial está

apresentada no Mapa VIII.3 (anexo).

P e r f i l L o n g i t u d i n a l - R i o Ip o ju c a

0

1 0 0

2 0 0

3 0 0

4 0 0

5 0 0

6 0 0

7 0 0

8 0 0

9 0 0

1 0 0 0

0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 D is t â n c i a à f o z ( K m )

A lt i t u d e ( m )

Figura III. 6 - Perfil longitudinal do Rio Ipojuca (CPRM, 2002).

Como característica de bacias hidrográficas alongadas tem-se um baixo valor para seu fator de

forma. Essa condição torna a Bacia do Ipojuca menos sujeita à inundações, uma vez que esse fator

pode constituir um indicativo da maior ou menor tendência para enchentes em uma bacia.

Entretanto, pelo fato de predominar uma formação geológica cristalina, a capacidade de infiltração

é reduzida, resultando em maiores vazões superficialmente escoadas, condição que favorece as

inundações.

54

CAPÍTULO IV

MATERIAIS E MÉTODOS

Capítulo IV Materiais e Métodos

IV. 1 – Definição de uma rede pluviométrica específica na Bacia do Ipojuca

Com o objetivo de atender à aplicação dos diversos métodos aqui escolhidos para avaliação da

rede pluviométrica e análise da variabilidade espacial da precipitação na Bacia do Ipojuca, foi

necessário identificar uma rede que fosse específica à utilização da metodologia definida. Com este

propósito achou-se importante conhecer o comportamento passado e atual das práticas de medições

de chuvas na bacia, através das investigações que constituíram um diagnóstico, o qual resultou na

definição da rede específica desejada. Sendo assim, o conhecimento das dimensões das redes

existentes e seus funcionamentos passaram a ser o marco inicial deste trabalho. Com isto, os

aspectos históricos, as instituições atualmente responsáveis pelas operações das redes, as

configurações espaciais, os tempos de observação e as condições dos dados gerados, constituíram as

bases principais para esta investigação.

IV. 1.1 – Diagnóstico pluviométrico

Para identificação das instituições operadoras de redes pluviométricas na bacia, partiu-se por

selecionar os órgãos públicos com atuação em monitoramento hidrológico, segundo alguns critérios

adotados, como sendo:

• Ser uma instituição pública de qualquer esfera governamental;

• Apresentar continuidade de operação ao longo do tempo demonstrado através das séries

hidrológicas;

• Apresentar qualidade nas informações produzidas;

• Demonstrar participação em projetos, programas e planejamentos, entre outros serviços

solicitados pela sociedade de um modo geral, pelos profissionais da área, empresas de

engenharia e estabelecimentos de ensino e pesquisas.

Para seleção das instituições foram priorizados os pluviômetros localizados no interior da bacia.

Não houve também distinção entre os diferentes tipos utilizados pelas instituições. Sendo assim, os

pluviômetros ou pluviógrafos, independendo das formas convencionais, automáticas ou telemétricas

que foram previstos, foram reconhecidos de uma forma geral como estações pluviométricas, uma

vez que a maneira pela qual se coleta o dado não influenciará este diagnóstico.

Ao reunir os órgãos selecionados e submetê-los aos critérios adotados foi possível identificar a

SECTMA, a CPRM e o IPA como as instituições operadoras que melhor corresponderam. Este

levantamento pode ser considerado atualizado, uma vez que foi concluído no ano de 2004. As

Figuras IV.1, IV.2 e IV.3 mostram algumas estações em operação na Bacia do Rio Ipojuca. A

Tabela IV.1 apresenta a relação dessas estações, todas em operação simultânea no interior da bacia,

suas coordenadas geográficas, os municípios de localização e as instituições operadoras. A Figura

56


IV.4 apresenta o mapa da distribuição espacial das estações e suas respectivas instituições

operadoras. As características destas instituições em relação aos serviços prestados à sociedade são:

• SECTMA – Secretaria do Governo de Pernambuco, entre outras atribuições, exerce a

política de recursos hídricos e meio ambiente, inclusive o serviço meteorológico. Sua rede é

baseada na antiga configuração estabelecida pela extinta SUDENE, soma hoje 222 estações

pluviométricas convencionais e telemétricas, gerando informações para compor o SIRH-PE.

Parte destas estações é pertencente a outros órgãos operadores, cujas localizações

correspondem ao seu interesse. A maior parte das observações é realizada diariamente às 6

horas e conta com o apoio da PMPE e CODECIPE.

• CPRM / SGB – Empresa pública vinculada ao MME, exerce o Serviço Geológico do Brasil

e opera a Rede Hidrometeorológica Básica Nacional, através de convênio de cooperação

técnica estabelecido com a ANA. As informações hidrológicas são coletadas, tratadas e

enviadas para compor o SINRH, onde são disponibilizadas pela ANA. Em Pernambuco são

operadas 40 estações pluviométricas convencionais, cujas leituras são realizadas

diariamente às 7 horas através de observadores locais, sem vínculos empregatícios embora

sujeitos a gratificações mensais pelos serviços.

• IPA – Empresa do Governo de Pernambuco, integra o Sistema Nacional de Pesquisa

Agropecuária coordenado pela Embrapa. Tem por missão viabilizar soluções para o

desenvolvimento sustentável do agronegócio pernambucano, por meio de geração,

adaptação e transferência de conhecimento e tecnologia, em benefício da sociedade. A

EBAPE, recentemente extinta, teve sua estrutura física e organizacional incorporada a este

instituto, inclusive a sua rede pluviométrica, transferindo 70 pluviômetros, perfazendo

agora um total de 82 estações, cujas observações são realizadas diariamente pela manhã

pelos funcionários desta empresa. Alguns dos seus espaços físicos receberam instalações de

plataforma de coleta de dados instaladas pela SECTMA.

Em 1985 foram operadas 25 estações pluviométricas na Bacia do Ipojuca através da SUDENE,

EBAPE e IPA. Nesta época a SUDENE operava 263 estações em todo Estado de Pernambuco, das

quais 12 destas pertenciam à Bacia do Ipojuca (SUDENE, 1990).

Através de um convênio de cooperação técnica e por motivo do redimensionamento no seu

planejamento, a SUDENE repassou a responsabilidade da maior parte da administração da sua rede

para o Governo do Estado de Pernambuco. Indispondo de dotações orçamentárias suficientes para

manutenção e operação, principalmente o pagamento dos observadores, este permitiu que muitas

estações fossem desativadas e outras deslocadas, para áreas de órgãos do Governo onde as

observações pudessem ser realizadas sem ônus. No entanto, tornou-se incontestável o

57


reconhecimento do seu esforço quanto à continuidade das ações, através da constatação de novas

instalações em todo o Estado, inclusive de estações telemétricas.

A CPRM, na época vinculada ao DNAEE, iniciou em 1986 a operação de 3 estações na Bacia

do Ipojuca, todas procedentes da rede da SUDENE, que continuam sendo operadas em mesma

quantidade, desta vez vinculadas à ANA, desde 2001. O IPA e a EBAPE mantiveram também o

mesmo número de estações, porém, a partir de 2003 tiveram seus pluviômetros somados, em

conseqüência da fusão dos órgãos. Neste caso, o IPA recebeu 12 estações da EBAPE perfazendo

um total de 13 em operação na bacia.

Antes do repasse das estações da SUDENE para o Governo do Estado, no início da década de 90,

já se poderia observar algumas estações desativadas durante a década de 70, como: Xucuru,

Tabocas, Ipojuca e duas estações em Caruaru. Uma dessas estações de Caruaru, juntamente com

Poção e Sanharó, constaram na relação das estações repassadas para Rede Hidrometeorológica

Nacional na década de 80, sendo o DNAEE o órgão receptor das mesmas, cuja operação até hoje

vem sendo realizada pela CPRM.

O IPA e o LAMEPE, laboratório meteorológico do ITEP, hoje vinculado à SECTMA,

recuperaram algumas estações provenientes da SUDENE, desativadas após o repasse, embora

promovendo deslocamentos de localização e interrupções das séries durante o intervalo de

reinstalação, sendo elas as seguintes: Gravatá, Bezerros, São Caetano, Tacaimbó e Belo Jardim.

Apesar das estações de Caruaru, Poção e Sanharó terem assegurado a continuidade de operação

pela CPRM, também reativaram essas mesmas estações, duplicando o monitoramento, também

sujeitas a deslocamentos e interrupções de séries. Todas essas estações reativadas tiveram suas

localizações fixadas nos estabelecimentos da CODECIPE, nas áreas urbanas dos municípios, e são

até hoje operadas pelos funcionários da PMPE. Este motivo explicou o fato das recuperações das

estações terem ocorrido exclusivamente nas áreas urbanas, dentro ou na periferia das sedes

municipais. As estações de: Escada e Primavera não foram recuperadas, assim como Salobro e

Cimbres, situadas no município de Pesqueira.

Pode-se ainda constatar algumas estações instaladas pela SECTMA, que por diversos motivos

não tiveram continuidade nas observações, como: Distrito de Cajazeiras em 2001 (Belo Jardim);

Eng. Gercino Pontes – PCD em 2000 (Caruaru); Ipojuca – PCD em 1999 (Ipojuca) e; Mutuca em

2000 (Pesqueira). Outras que foram instaladas e estão em funcionamento: Fazenda Mulungu,

Fazenda Quixaba, e Fazenda Curral Velho em 2001 (Arcoverde); Caruaru – PCD em 1999

(Caruaru) e; Chã Grande em 1993 (Chã Grande). Para os serviços meteorológicos em Pernambuco,

a SECTMA, através do LAMEPE, utiliza também as observações realizadas em estações de outros

órgãos sob forma de consultas. Como exemplo, na Bacia do Ipojuca, pode-se então apontar as

58


estações de Escada e Caruaru do IPA, Açude Bituri da COMPESA e Primavera da USINA

PRIMAVERA.

Figura IV. 1 - Estação pluviométrica com pluviômetro convencional, sem cercado, operado pela SECTMA em 2004, no município de Sanharó

Figura IV. 2 - Estação meteorológica com pluviômetro telemétrico (PCD), operado pela SECTMA em 2004, no município de Caruaru

Figura IV. 3 – Estação Pluviométrica com pluviômetro convencional, com cercado, operado pela CPRM em 2004, no

município de Poção.

59

Capítulo IV Materiais e Métodos Tabela IV. 1 - Estações pluviométricas operadas na Bacia do Rio Ipojuca no ano de 2004.

Coordenadas em UTM Posição na Figura

IV.4 Município Estação

Longitude Latitude

Instituição operadora

1 Ipojuca Ipojuca 9070880.57 272893.12 IPA

2 Escada Escada 9074926.27 254049.83 IPA

3 Primavera Primavera 9088607.21 228712.25 IPA

4

Chã Grande Chã grande Chã grande

9078075.82 9087994.74

240716.53 229083.48

IPA SECTMA

5

Gravatá Gravatá Gravatá

9044816.02 9093183.76

230365.07 218332.61

IPA SECTMA

6

Bezerros Bezerros Bezerros

9092499.87 9087752.77

189636.90 196714.97

IPA SECTMA

7

Caruaru

Est. Experimental Caruaru Caruaru- PCD Caruaru Caruaru

9088189.75 9088218.95 9088178.60 9081846.83 9081377.96

180263.41 811374.42 178731.85 170814.56 830192.71

IPA IPA SECTMA SECTMA CPRM

8

São Caetano São Caetano São Caetano

9078628.28 9078259.55

815317.99 815284.70

IPA SECTMA

9

Tacaimbó

Tacaimbó Tacaimbó

9079670.28 9080040.02

798329.56 798209.60

IPA SECTMA

10

Belo Jardim

Belo Jardim Belo Jardim

9077921.01 9076721.57

784080.00 784164.01

IPA SECTMA

11

Sanharó

Sanharó Sanharó Sanharó

9074792.83 9074977.82 9074453.22

768446.95 768356.27 768689.74

IPA SECTMA CPRM

12

Poção

Poção Poção Poção

9094248.51 9094648.74 9094035.13

752948.33 752828.12 752640.89

IPA SECTMA CPRM

13

Arcoverde

Faz. Curral Velho Faz. Quixaba Faz. Mulungu

9080679.50 9081408.32 9080910.61

744850.10 729488.16 724741.39

SECTMA SECTMA SECTMA

Figura IV. 4 – Rede pluviométrica operada na Bacia do Ipojuca em 2004.

60


Constata-se então uma distribuição espacial bastante irregular. A falta de uniformidade nas

distâncias entre as estações, não só pelas grandes distâncias, mas pelas concentrações de

pluviômetros, na maioria das vezes pertencentes a duas ou três instituições diferentes, revela a falta

de integração entre as instituições nas ações inseridas no contexto da gestão dos recursos hídricos.

Tais concentrações, por terem ocorrido em áreas urbanas ou nas periferias delas, poderiam ser vistas

como uma condição tecnicamente correta, como suporte ao desenvolvimento urbano, caso suas

distâncias tivessem sido planejadas. Na verdade, o que se nota é o descaso por parte das instituições

quanto ao planejamento das redes. O que acontece é que as instituições operam independentemente,

sem que haja pelo menos por parte de cada uma, consultas prévias às demais, no ato de alguma

eventual ampliação de rede.

Os problemas incorrem, principalmente, na produção de dados muito próximos em detrimento

às áreas conseqüentemente desprovidas de cobertura pluviométrica, e em seguida, nos desperdícios

financeiros, quanto à instalação, manutenção e operação dos equipamentos, que exigem custos

previstos nos orçamentos, resultando, na maioria das vezes, em geração de dados com valores

iguais ou muito parecidos. Tais fatos se devem à imprevidência por parte das instituições quanto à

obediência à Lei federal nº 9.433/97 e Estadual nº11.426/97.

A ANA (2002) destacou: “É certo que algumas entidades não tomaram ciência do novo enfoque

que foi dado ao monitoramento dos recursos hídricos após a Lei 9.433/97. Essas entidades realizam

o monitoramento como ação individualizada, e por vezes secreta, onde o acesso às informações é

dado como impossível. A esta deve ser dado um especial tratamento para que haja a conscientização

de que a gestão deve ser feita de maneira compartilhada como é citada na Lei”.

Outras deficiências estão na falta de coordenada geográfica obtida por meio de instrumento

preciso, como o GPS, além da utilização de equipamento de medição de pouca precisão fabricado

em material plástico por parte da EBAPE. Para locação dessas estações neste trabalho foi necessário

considerar as coordenadas das sedes municipais onde estão localizadas.

Ainda sobre o aspecto qualitativo pode-se atribuir a SECTMA uma perda da confiabilidade nas

anotações dos boletins pluviométricos pelos profissionais dos outros órgãos do Estado. Observa-se

também que o IPA só dispôs de uma estação, uma vez que o repasse efetuado pela EBAPE

apresentou séries inconsistentes e localizações imprecisas. A CPRM apresentou uma quantidade

insuficiente de estações e a SECTMA curtos períodos de observação.

IV. 1.2 – Escolha da instituição operadora

Considerando os requisitos exigidos pela metodologia constatou-se que as redes das instituições

escolhidas no diagnóstico para representar a bacia, ainda não correspondiam às condições

61


tecnicamente necessárias à aplicação dos métodos. Esta decisão decorreu durante a verificação de

alguns requisitos fundamentais, tais como:

• Os números de estações operadas por cada instituição;

• As qualidades das séries estatísticas e a facilidade de acessá-las;

• Os tamanhos e as simultaneidades nos períodos de observação em cada estação;

• As regularidades nas configurações espaciais;

• As localizações geográficas através de coordenadas precisas.

Verificado estes requisitos e visando a necessidade de se estabelecer a rede específica, decidiu-

se por definir a Rede Hidroclimática da SUDENE como a rede desejada, desde que sujeita às

alterações necessárias a sua adaptação. Observou-se então que as décadas de 1960 a 1990 foram os

períodos em que a SUDENE mais se destacou na formação de séries de dados hidrológicos

necessárias ao desenvolvimento desta pesquisa. Além das estações escolhidas dentro da bacia,

consideraram-se agora aquelas mais próximas, cujo critério viessem a se correlacionarem com as

demais, aumentando assim o número de pontos para aplicação da metodologia.

IV. 1.3 – Seleção das estações e formação do banco de dados pluviométricos

Visando a melhor adaptação da Rede da SUDENE aos requisitos verificados, priorizou-se a

maximização do aproveitamento das estações através de uma seleção minuciosa. Para isto foi

necessária considerar algumas estações que funcionaram no passado, admitindo-as hipoteticamente

ativadas, como também o não aproveitamento de outras, que por sua vez, apresentaram pouco

tempo de funcionamento. Este procedimento se assemelhou ao estudo de PAIVA (2001), que ao

avaliar a estrutura espacial da rede pluviométrica da Bacia do Rio Ibicui, considerou as séries

históricas das estações que haviam sido desativadas e tinham períodos de observação suficientes

para a análise.

Com o intuito de constituir normais climatológicas para as estações escolhidas, os períodos

foram fixados em 30 anos de observação. Este procedimento resultou na seleção de 24 estações, as

quais compuseram a rede específica, sendo 13 ocorridas dentro da bacia e 11 nas suas

proximidades. A Figura IV.6 mostra os períodos considerados para as 24 estações escolhidas.

As séries hidrológicas mensais foram adquiridas através da CPRM / SGB, as quais serviram ao

projeto de Regionalização de Vazões da Sub-bacia 39 – Bacias Litorâneas de Pernambuco e

Alagoas. Para o estabelecimento dos padrões desejáveis, essa Companhia utilizou um software

especifico do Programa de Homogeneização de dados – PROHD, denominado HIDRO-PLU, o qual

tratou do preenchimento das falhas e consistência dos dados através do método de regressão linear

(HOLANDA & OLIVEIRA, 1979). Esses dados puderam assim constituir normais climatológicas

entre as décadas de 1960 à 1990. Considerando as variáveis hidrológicas que serão analisadas na

62


bacia, foi necessário reunir as informações requerentes e organizá-las sob forma de banco de dados,

conforme a Tabela IV.2. A Figura IV.5 apresenta o mapa da distribuição espacial da rede específica

Tabela IV. 2 - Banco de dados hidrológicos. Posições

na Figura IV. 5

Estação Longitude Latitude Altitude(m)

Precipitação anual média

(mm)

Coeficientes de Irregularidade

1 Ipojuca -35,070 -8,400 30,00 2311,36 1,93 2 Escada -35,233 -8,367 93,00 1753,56 2,55 3 Primavera -35,350 -8,350 156,00 2082,49 1,81 4 Pombos -35,383 -8,150 290,00 923,75 3,77 5 Amaraji -35,450 -8,383 295,00 2065,80 1,91 6 Russinha -35,467 -8,167 390,00 824,06 3,57 7 Gravatá -35,567 -8,217 447,00 662,64 3,07 8 Bezerros -35,750 -8,233 471,00 589,93 2,96 9 Barriguda -35,867 -8,100 400,00 511,24 4,80 10 São Joaquim -35,850 -8,417 501,00 967,92 2,38 11 Caruaru -35,933 -8,283 545,00 638,55 5,21 12 Caropotós -36,067 -8,133 501,00 453,14 4,63 13 São Caetano -36,150 -8,317 552,00 490,62 2,51 14 Tacaimbó -36,300 -8,317 570,00 656,13 7,02 15 Serra do Vento -36,367 -8,233 684,00 740,10 4,44 16 Belo Jardim -36,450 -8,333 616,00 745,03 3,43 17 Sanharó -36,567 -8,367 653,00 629,14 4,73 18 Lagoa do Felix -36,567 -8,167 770,00 473,78 4,99 19 Salobro -36,700 -8,617 793,00 548,84 3,63 20 Pesqueira -36,700 -8,400 650,00 715,41 4,32 21 Poção -36,700 -8,183 1.035,00 752,23 3,62 22 Alagoinha -36,817 -8,483 762,00 596,38 3,31 23 Cimbres -36,850 -8,340 850,00 803,03 5,36 24 Arcoverde -37,067 -8,433 663,00 723,87 3,06

IV. 1.4 – Configuração da rede específica

Com o banco de dados constituído foi possível elaborar o mapa da distribuição espacial das

estações escolhidas para compor a rede específica, com o auxilio do programa ArcGis.

Figura IV. 5 – Rede pluviométrica específica.

63


64


IV. 1.5 – Determinação dos parâmetros estatísticos e análise de freqüências

Os valores estatísticos foram determinados a partir das séries históricas das variáveis utilizadas.

As precipitações anuais médias resultaram da média aritmética dos totais anuais para cada série de

dados observados em cada estação. A Figura IV.7 mostra o comportamento das precipitações

máximas anuais médias, médias anuais médias e mínimas anuais médias. Os coeficientes de

irregularidade decorreram das razões matemáticas entre os valores das precipitações máximas e

mínimas em cada estação, enquanto as altitudes foram fornecidas por SUDENE (1990). Ainda com

base nessas séries foi possível determinar os parâmetros estatísticos importantes para as análises

desejadas.

Precipitações anuais médias

0,00

500,00

1000,00

1500,00

2000,00

2500,00

3000,00

3500,00

4000,00

Ipoju

caEs

cada

Prim

aver

aPo

mbo

sAm

araji

Russ

inha

Beze

rros

Barri

guda

Caru

aru

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rdim

Lago

a do

Feli

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lobro

Pesq

ueira

Alag

oinha

Cim

bres

Arco

verd

ePostos pluviométricos

Prec

ipita

ções

(mm

)

Máximas anuais médiasMédias anuais médiasMínimas anuais médias

Figura IV. 7 – Gráfico das precipitações máximas, médias e mínimas das séries anuais médias em cada estação.

Para avaliar o comportamento pluviométrico com base na estatística, considerando as estações

escolhidas para compor a rede, foi necessário analisar a distribuição das freqüências dessas

variáveis, através das dispersões observadas nos gráficos de distribuição. Com os gráficos

elaborados, foi possível testar os ajustes necessários à distribuição normal e log-normal, sendo a

seleção do melhor ajuste feita por análise visual.

Esse teste do ajuste à distribuição normal, ou sua transformação logarítima, é necessário quando

se pretende aplicar metodologia geoestatística. Testes estatísticos também poderiam ser realizados

para esse fim. No entanto, optou-se por uma avaliação simplificada, a qual resultou na

transformação log-normal para as precipitações anuais médias e coeficientes de irregularidade,

enquanto as altitudes tiveram a distribuição normal como melhor alternativa.

65


Johnston et al. (2001) destacaram que certos métodos geoestatísticos funcionam melhor se os

dados forem aproximadamente normalmente distribuídos. Dentre eles o kriging ordinário assume

que os dados vêm de uma distribuição normal. O método de kriging também se baseia na hipótese

de estacionaridade. Essa hipótese requer, em parte, que todos os valores da variável pertençam a

distribuições que têm a mesma variabilidade. Os autores destacam ainda que freqüentemente se

observa na natureza, que quando os valores de uma variável crescem também são notadas

variâncias mais elevadas. Por isso, pode ser necessário promover transformações nos dados de

modo que se aproxime mais da distribuição normal. Essa mesma transformação muito

provavelmente produzirá variância constante na área em estudo.

Para as análises visuais da normalidade utilizaram-se como elementos as flutuações dos pontos

que caracterizaram as representações lineares. Os parâmetros estatísticos calculados, principalmente

as aproximações dos valores das médias e medianas, também contribuíram. A Tabela IV.3

apresenta os parâmetros estatísticos para as distribuições normal e log-normal das variáveis. As

Figuras IV.8 a IV.13 apresentam os gráficos das distribuições normal e log-normal para todas as

variáveis.

Tabela IV. 3 – Estatísticas obtidas na Distribuição normal e log-normal das variáveis.

VARIÁVEIS HIDROLÓGICAS

PRECIPITAÇÃO

ANUAL MÉDIA

(mm)

COEFICIENTE DE

IRREGULARIDADE

ALTITUDE

(m)

PARÂMETROS

ESTATÍSTICOS DAS

DISTRIBUIÇÕES DE

FREQÜENCIAS

Normal Log-normal Normal Log-

normal Normal Log-normal

Nº pontos medidos 24,00 24,00 24,00 24,00 24,00 24,00 Máxima 2311,40 7,74 7,02 1,9 1035,00 6,94 Média 902,42 6,68 3,70 1,25 529,88 6,08 Mínima 453,14 6,12 1,81 0,59 30,00 3,40 Desvio padrão 547,90 0,47 1,28 0,35 243,25 0,78 Variância 300194,41 0,22 1,64 0,13 5917,56 0,61 Mediana 719,64 6,58 3,95 1,28 548,50 6,31 Curtose 4,24 3,29 3,03 2,35 2,77 7,16 Assimetria 1,66 1,17 0,53 0,22 -0,23 -2,06

Considerando que a estatística auxilia a compreensão dos fenômenos naturais, observou-se nos

gráficos referentes às precipitações, que as dispersões se concentraram em grupos setorizados,

possibilitando a identificação das sub-regiões geográficas da bacia, comprovando assim a existência

da sua irregularidade hidrológica.

66


A desuniformidade pluviométrica constatada nessas sub-regiões, identificando diferentes

caracterizações climáticas, motivou a divisão da bacia em duas partes, com o intuito de torná-las

mais homogêneas e assim minimizar os desvios observados, principalmente no lado do Litoral e

Zona da Mata, tomando como referencial o polígono das secas. Porém, a insuficiência de

informações pluviométricas no Litoral e Zona da Mata não permitiu a adoção dessa abordagem.

Figura IV. 8 – Distribuição normal das precipitações anuais médias.

Figura IV. 9 – Distribuição log-normal das precipitações anuais médias.

Figura IV. 10 – Distribuição normal dos coeficientes de irregularidade.

Figura IV. 11 – Distribuição log-normal dos coeficientes de irregularidade.

67


Figura IV. 12 – Distribuição normal das altitudes.

Figura IV. 13 – Distribuição log-normal das altitudes.

IV. 1.6 – Determinação dos coeficientes de variação espacial e temporal

De um modo geral, os fenômenos hidrológicos são considerados aleatórios no tempo e no

espaço. Com isto a previsão de suas ocorrências não pode ser considerada um fator determinístico.

A Engenharia de recursos hídricos utiliza as estatísticas dos seus registros como ferramenta

específica para, além de outras finalidades, conhecer as variabilidades espaciais e temporais desses

fenômenos. Para isto devem ser conhecidos os valores dos coeficientes de variação, os quais pode

ser resultante da razão matemática entre o desvio padrão e a média das precipitações em cada

estação pluviométrica e cada ano de observação.

Considerando as normais climatológicas entre as décadas de 1960 a 1990, que resultou na

formação do banco de dados, foi possível observar que das 24 estações selecionadas, 20 tiveram

suas instalações em 1963 e 4 em 1967. Por este motivo considerou-se para esta análise o período de

26 anos, entre 1967 e 1992, com fins de se estabelecer um período comum entre as séries. Com isto

foi possível calcular os coeficientes de variação espacial e temporal da precipitação para cada

estação pluviométrica em todos os anos do período estabelecido. A Tabela VIII.1 (ANEXO)

apresenta os coeficientes de variação espacial e temporal.

Conhecidos os valores dos coeficientes de variação espacial constatou-se que na bacia há anos

com maior e outros com menor variabilidade espacial para todo o período. Com isto identificaram-

se os anos com máxima variação espacial, média e mínima, segundo os coeficientes de 81,8% para

a máxima, 64,1% para a média e de 45,6% para a mínima, correspondentes aos anos de 1982, 1968

68


e 1985. Quanto à variabilidade temporal observou-se no mesmo período que os coeficientes de

variação temporal variaram de 15%, 29% e 40%, para baixa, média e alta variabilidade temporal.

IV. 2 – Metodologias mais utilizadas para avaliação de redes pluviométricas e análise da

variabilidade espacial da precipitação

IV. 2.1 – Recomendações da Organização Mundial de Meteorologia

Com o objetivo de avaliar a densidade pluviométrica da rede sobre a área da bacia estudada,

foram efetuadas três diferentes aplicações dos modelos publicados pela OMM. A primeira e a

segunda referiram-se às publicações nº 168, enquanto a terceira à publicação nº 15.

1) Recomendações nº 168 da OMM (procedimento original) WMO (1984) - Baseada nos limites

de densidades para uma rede mínima recomendados em três categorias regionais diferentes, a Bacia

do Ipojuca se enquadrou na primeira divisão, considerando-se uma região plana de zona temperada,

mediterrânea e tropical. Para esta categoria foi recomendado como limite superior para uma rede

mínima, o intervalo de 600 a 900 km2 para cada estação pluviométrica. Conhecido o valor da área

da bacia e o total das estações, foi possível determinar a densidade pluviométrica e compará-la aos

limites recomendados.

2) Recomendações nº 168 da OMM (procedimento revisado) WMO (1994) - Visando melhorar

a precisão dos limites de densidades pluviométricas para uma rede mínima, a OMM elaborou um

novo procedimento, constando agora de sete unidades fisiográficas diferentes. Para aplicação do

modelo citado, observou-se a necessidade de dividir a bacia em partes, para melhor compatibilizar

as características da bacia com as unidades fisiográficas que compõe o modelo.

Considerando as variáveis que compõem a fisiografia da Bacia do Ipojuca e a necessidade de

adequá-las às características oferecidas pela publicação, decidiu-se dividi-la em duas partes, uma

vez que ambas apresentam tais características bem definidas. As unidades fisiográficas costeiras e

planas / interiores, constantes nessa publicação, enquadraram essas duas partes segundo os

intervalos mínimos permitidos, correspondentes a 900 e 575 km2 por estação.

Para determinação da linha divisória, por ocasião da divisão da bacia em duas partes, observou-

se a necessidade de encontrar um referencial que caracterizasse: de um lado a zona costeira e do

outro a plana/interior. Para esta questão considerou-se a utilização da linha divisória do polígono

das secas, que atravessa o Estado de Pernambuco e conseqüentemente a Bacia do Ipojuca, próximo

ao município de Gravatá. De certa forma, além das características climáticas, esta alternativa

também proporcionou à bacia, uma divisão populacional em dois blocos de densidades

demográficas bastante definidas.

69


Estas partes passarão a ser denominadas de: parte Leste, para representar a unidade fisiográfica

costeira no lado adjacente ao Oceano Atlântico e, parte Oeste, localizada no interior do continente,

a qual representará a unidade fisiográfica plana/interior. A Figura IV.14 apresenta a Bacia do

Ipojuca dividida pela linha do polígono da seca, definindo as partes Leste e Oeste em questão.

Figura IV. 14 – Divisão da Bacia do Ipojuca segundo a divisão do polígono das secas.

A divisão da bacia decorreu também na divisão do total de estações pluviométricas, ficando 6

estações para a parte Leste e 18 para parte Oeste. A estação de Gravatá, localizada no município

onde ocorreu a divisão, foi considerada pertinente à parte Oeste, por este município apresentar

características climáticas mais semelhantes à essa parte. Com o objetivo de conhecer as áreas das

partes Leste e Oeste, requisitos necessário para determinação das suas densidades pluviométricas,

foi necessário considerar as áreas de cada município que constitui a bacia, envolvidas no seu

interior, cujos valores foram calculado pela SECTMA (1999) utilizando específicos. A Tabela IV.4

apresenta o total das áreas das partes divididas.

Tabela IV. 4 – Determinação das áreas das partes Leste e Oeste.

PARTES (KM2) MUNICÍPIOS LESTE OESTE

1 Alagoinha - 54,61 2 Altinho - 6,70 3 Amaraji 60,89 - 4 Arcoverde - 104,09 5 Belo Jardim - 230,92 6 Bezerros - 226,95 7 Cachoeirinha - 1,81 8 Caruaru - 387,62 9 Chã Grande 68,52 - 10 Escada 203,73 - 11 Gravatá 84,52 84,52 12 Ipojuca 150,84 - 13 Pesqueira - 606,79 14 Poção - 189,62 15 Pombos 66,51 - 16 Primavera 79,09 - 17 Riacho das Almas - 8,19 18 Sairé - 75,88 19 Sanharó - 235,45 20 São Bento do Una - 70,15 21 São Caetano - 262,37 22 Tacaimbó - 131,81 23 Venturosa - 2,22 24 Vitória de santo antão 39,79 - TOTAL 753,89 2.679,70

70


Conhecidos os valores das áreas das partes Leste e Oeste e o número de estações instaladas

nessas partes, novamente foi aplicado o conceito de densidade de rede, cujos resultados deverão ser

comparados aos recomendados pela OMM, para as regiões costeiras e planas/ interiores.

3) Recomendações nº 15 da OMM (estudos de Langbein), encontrado em WMO (1965) segundo

LLAMAS (1993) - Visando à adaptação deste modelo para avaliar a rede definida na Bacia do

Ipojuca, verificou-se a necessidade de quantificar as densidades demográficas das partes Leste e

Oeste, recorrendo-se às divulgações das populações dos municípios envolvidos, através do (IBGE,

2000).

Pelo fato das linhas da divisão político-administrativa que separam os municípios, nem sempre

coincidirem com os divisores d’água da bacia hidrográfica, utilizou-se o somatório das populações

dos municípios com sede no interior da bacia. A Tabela IV.5 apresenta os valores obtidos para as

populações das partes Leste e Oeste. De posse dos valores das áreas e agora das populações das

partes Leste e Oeste, foi possível determinar as suas densidades demográficas, conforme a Tabela

IV.6.

Tabela IV. 5 – Determinação das populações das partes Leste e Oeste.

POPULAÇÃO DAS PARTES (hab.) ITEM MUNICÍPIOS COM SEDE NA BACIA

LESTE OESTE

01 Belo Jardim - 68.698

02 Bezerros - 57.370

03 Caruaru - 253.634

04 Chã grande 18.407 -

05 Escada 57.341 -

06 Gravatá 33.637 33.637

07 Ipojuca 59.281 -

08 Poção - 11.178

09 Primavera 11.477 -

10 Sanharó - 15.879

11 São Caetano - 33.426

12 Tacaimbó - 12.929

TOTAL 180.143 486.751

Tabela IV. 6 – Determinação das densidades demográficas das partes Leste e Oeste.

Partes Área

(km2)

População

(hab.)

Densidade demográfica

(hab. / km2)

Leste 753,89 180.143 238,95

Oeste 2.679,70 486.751 181,64

Total 3.433,58 666.894 194,23

71


Segundo este, o eixo das abscissas ficou reservado para representar as densidades demográficas

obtidas para as partes Leste e Oeste, enquanto o eixo das ordenadas, os números de estações dessas

partes, calculados para representarem áreas de 1.000 km2. Esses valores, uma vez combinados com

as respectivas densidades demográficas, identificaram suas densidades relativas, de acordo com a

posição de cada ocorrência nos intervalos de confiança estabelecidos pelo modelo.

Para determinação das coordenadas considerou-se os 6 estações instaladas na parte Leste em

uma área de 753,89 km2, ou 7,96 estações/1.000 km2, que aproximadamente será tratado daqui para

frente como 8 estações/1.000 km2 para uma densidade demográfica de 238,95 hab/km2. Na parte

Oeste, as 18 estações instaladas em uma área de 2.679,70 km2, ou 6,72 estações/1.000 km2, que

aproximadamente será tratado adiante como 7 estações/1.000 km2 para uma densidade demográfica

de 181,64 hab/km2.

Com base nesses valores foi possível organizar os pares ordenados e plotá-los no gráfico, para

que as suas ocorrências permitissem uma avaliação da dimensão da rede pluviométrica existente em

conformidade com o seu desenvolvimento social e econômico, interpretado graficamente para as

partes Leste e Oeste da bacia.

IV. 2.2 – Critério da precisão desejada segundo os objetivos principais

Na estimativa do número de pluviômetros ideal para bacia, previsto para uma precisão de 5% a

10% segundo o critério de LLAMAS (1993), foram testados todos os números inteiros pertencentes

a este intervalo. Para isto utilizou-se o programa Excel, partindo do conhecimento da média, do

desvio padrão e do coeficiente de variação espacial das estações. Foi então calculado o número de

pluviômetros para cada erro admissível do intervalo e suas respectivas diferenças em relação às 24

estações dimensionadas para a rede específica. Essas diferenças foram também apresentadas em

forma de percentuais. Em seguida as novas densidades pluviométricas foram determinadas, as quais

foram comparadas à densidade recomendada pela OMM para a bacia.

IV. 2.3 – Método dos polígonos de Thiessen

Mesmo conhecendo a existência da heterogeneidade altimétrica que caracteriza a Bacia do

Ipojuca e a relativa imprecisão que consiste este método, por não considerar a influência do relevo,

foi possível estimar a precipitação média na bacia. Para este cálculo foi utilizado o software

ArcView 3.2 A, o qual resultou na elaboração do mapa dos polígonos de Thiessen, contendo as

identificações das áreas de influências de cada estação, dentro e próxima à bacia, escolhidas para

compor a rede em estudo. Os parâmetros utilizados e obtidos no processo do cálculo da precipitação

média foram reunidos e apresentadas em uma planilha específica como mostra a Tabela IV.7

72


Tabela IV. 7 – Precipitação anual média e áreas de influência segundo Thiessen.

Posição na

Figura IV.11

Estação Área de

Influência (km2)

Contribuiçãona bacia

(mm)

Posição na

Figura IV. 11

Estação Áreas de

Influência (km2)

Contribuiçãona bacia

(mm)

1 Ipojuca 114,17 76,97 14 Tacaimbó 161,40 30,84 2 Escada 155,23 79,26 15 S. do Vento 15,99 3,48 3 Primavera 214,93 130,36 16 Belo Jardim 264,07 57,29 4 Pombos 25,88 3,93 17 Sanharó 341,32 62,54 5 Amaraji 64,16 38,63 18 Lagoa do Felix 28,96 3,98 6 Russinha 80,07 19,20 29 Salobro 182,62 29,20 7 Gravatá 210,18 40,55 20 Pesqueira 113,32 23,61 8 Bezerros 226,67 38,94 21 Poção 205,13 44,98 9 Barriguda 3,62 0,56 22 Alagoinha 13,38 2,32

10 São Joaquim 15,77 4,45 23 Cimbres 256,29 59,99 11 Caruaru 363,40 67,62 24 Arcoverde 40,41 8,54

12 Caropatós 30,74 4,08 13 São Caetano 304,37 43,52

TOTAL 3.433,03 874,84

O software ArcVIEW foi criado pela empresa americana ESRI no início da década de 90. Nessa

época, o surgimento de computadores pessoais de baixo custo e com capacidade de processamento

de dados gráficos, permitiu uma nova geração de softwares para SIG.

IV. 2.4 – Método do Inverso do quadrado da distância

Considerado um interpolador determinístico, se caracteriza por estabelecer uma média

ponderada das séries estatísticas em cada ponto, associadas aos pesos correspondentes aos valores

dos inversos das distâncias desses pontos aos pontos circunvizinhos mais próximos. A sua aplicação

foi efetuada com o auxilio do software ArcGIS 8.3.

Esse software pode ser considerado poderoso pela qualidade que as superfícies apresentam nos

mapas, criados sob a técnica de interpolação, utilizando métodos determinísticos ou probabilísticos,

através de uma extensão chamada ArcMAP.

Essa extensão contém excelentes ferramentas para análises estruturais de dados espaciais

estatisticamente validados, podendo ser integrado ao GIS. A Figura IV.15 apresenta um exemplo da

tela desse programa mostrando a estrutura circular da vizinhança, para estimativa de um ponto

qualquer da superfície segundo o inverso do quadrado da distância.

As variáveis utilizadas na análise da distribuição espacial da precipitação anual média foram as

médias dos totais anuais precipitados e os coeficientes de irregularidade meteorológica, ambas

extraídas do banco de dados. Os parâmetros que constituíram os mapas tiveram seus acervos em

forma de relatórios. Nestes relatórios foram apresentadas as estimativas para os Erros médios e os

Erros médios quadráticos.

73


Figura IV. 15 – Estimativa de um ponto no ArcGIS segundo o inverso do quadrado da distância.

Com o intuito de melhor estimar a precipitação anual média na bacia, a partir da inferência de

sua estrutura de correlação espacial analisada pelo método do inverso do quadrado da distância,

adicionou-se ao conjunto das 24 estações, mais 40 pontos com precipitação estimada pelo

interpolador, perfazendo um total de 64. Em seguida foram testados 112 pontos estimados

somando-se desta vez 136. Em ambos os casos esses pontos adicionais foram distribuídos em forma

de malha. Essa ação foi possível com auxilio do software utilizado, uma vez que fornece a

estimativa e a localização das simulações.

Conhecidos esses valores, a precipitação anual média na bacia foi estimada para as duas

situações, segundo as médias aritméticas dos pontos medidos e estimados. Os resultados dessas

estimativas serão comparados aos resultados dos outros métodos que serão aplicados. Essa

ampliação permite a comparação com o método kriging em condições idênticas de aplicação. A

Figura IV.16 apresenta a malha da rede para estimativa da precipitação anual média na bacia com

112 pontos adicionais.

74


Figura IV. 16 – Malha de pontos para estimativa da precipitação média com o inverso do quadrado da distância.

IV. 2.5 – Métodos geoestatísticos

. As informações que subsidiaram as aplicações dos métodos geoestatísticos foram extraídas do

banco de dados e processadas através do software ArcGIS em todas as variáveis estudadas.

Mesmo reconhecendo a sugestão dada por JOURNEL & HUIJBREGTS (1978), citado por

MONTENEGRO et al. (1999), não foi possível aplicar o método geoestatístico com um número de

pares de pontos maior ou igual a 30. O motivo decorreu do fato em que a região Nordeste do Brasil,

principalmente seu litoral, apresentar baixa densidade pluviométrica e não dispor de pontos

suficientes para compor as séries normais climatológicas adotadas como critério.

Por já existir trabalhos realizados nesta região utilizando este método, com número de pares de

pontos superior, inferior ou igual a 30, cujos resultados apresentaram valiosas contribuições, tomou-

se como desafio o prosseguimento deste estudo.

Entre outros trabalhos, pode ser observado o estudo de MONTENEGRO et al. (1999) sobre a

“Caracterização da variabilidade espacial de parâmetros hidráulico em solos aluviais no Estado de

Pernambuco”, onde os autores calcularam os variogramas experimentais considerando um arranjo

dos dados, de tal forma que o número de pares de pontos fosse maior ou igual a 30 para cada classe

de distância. Como também a análise de RODRIGUES & SILANS (2002) na “variabilidade

espacial da precipitação no Litoral do Nordeste brasileiro”, o qual não apresentou bons

ajustamentos dos seus semivariogramas experimentais, para 17 postos pluviométricos da SUDENE

e 15 instalados na bacia do Rio Gramame, o que se pode explicar o reduzido número de postos

pluviométricos, onde o ideal deveria ser sempre superior a 30 ou mesmo 50, segundo os autores.

Os erros decorrentes das interpolações foram exibidos por estação em dois gráficos distintos,

atendendo a todos os métodos e variáveis utilizadas. Um sob forma de regressão linear para os

75


valores medidos e estimados e outro através de um ajuste linear entre os erros normalizados e

valores normais.

Dispondo dos recursos oferecidos pelo software, foi analisado o ajuste da distribuição de

freqüências das variáveis à distribuição normal e log-normal. A Figura IV.17 mostra um exemplo

da tela do ArcGis que permite esta transformação.

Este software permite optar pela condição anisotrópica ou isotrópica, podendo o usuário

experimentar outras direções diferentes ou utilizar o ângulo otimizado fornecido por esse software.

A Figura IV.18 apresenta um exemplo da tela do programa para opção da anisotropia mostrando os

pontos da vizinhança correlacionados em um espaço elíptico.

Por conta do formato alongado da bacia assumir uma extensão considerável em relação à sua

largura, foi considerada a anisotropia em todos os processos referentes à precipitação anual média,

para assim investigar as direções dos movimentos de circulação meteorológica que adentram à

bacia pelo Litoral e sofre influências orográficas nas proximidades do município de Gravatá. Cada

processo identificou um ângulo otimizado referente aos maiores semi-eixos das elipses. Esta

condição não foi imposta para a análise dos coeficientes de irregularidade, podendo estes ser

analisado conforme o melhor resultado da validação cruzada.

As funções espaciais das variáveis apresentaram tendências de segundo grau conforme a Figura

IV.19. A necessidade da remoção dessas tendências foi então confirmada segundo os resultados das

análises das validações cruzada permitida pelo software. A Figura IV.17 pode-se visualizar a tela do

programa usada para opção de remoção de tendência.

.

Figura IV. 17 – Transformação estatística e remoção de tendência no ArcGIS.

76


Figura IV. 18 – Estimativa de pontos no ArcGIS utilizando a anisotropia.

Figura IV. 19 – Comportamento espacial das variáveis.

Para os ajustes dos semivariogramas experimentais aos modelos teóricos, foram testados os três

modelos mais comuns com patamares, ou sejam, o esférico, o exponencial e o gaussiano. As

escolhas dos modelos com melhores ajustes aos experimentais decorreram das análises dos

resultados das validações cruzadas apresentadas pelo software, os quais serão exibidas nos relatório

dos parâmetros. A Tabela IV.8 apresenta os elementos analisados na validação cruzada para

validação dos semivariogramas teóricos.

77

Capítulo IV Materiais e Métodos Tabela IV. 8 – Determinação do semivariograma teórico através da validação cruzada.

Estimativas de erros Valores ideais

Erro médio Valores pequenos

Erro médio quadrático Valores pequenos e próximos

entre si Erro padrão médio

Erro médio normalizado Valores próximos de 0 (zero)

Erro médio quadrático normalizado Valores próximos de 1 (um)

O sumário das estatísticas apresentado na Tabela IV.8 para avaliação dos erros de predição

através do processo de validação cruzada, se baseia nos seguintes princípios (JONHSTON et al.,

2001):

- Os erros da estimativa não devem ser sistemáticos (superestimativa ou subestimativa), ou

seja, esses erros devem seguir uma distribuição normal. Assim, a média dos erros de

estimativa deve se aproximar de zero. No entanto, esses valores dependem da escala dos

dados. Assim é necessário trabalhar com os valores normalizados, ou seja, analisar os erros

da estimativa divididos pelos seus erros padrão. O erro normalizado deve aproximar de 1.

- As estimativas devem se aproximar dos valores medidos. O erro médio quadrático médio é

calculado como a raiz quadrada do quadrado das distâncias entre valores medidos e

estimados. Quanto menor o erro quadrático médio, melhor as estimativas.

- É necessário garantir que a avaliação da incerteza dos erros da estimativa seja válida. Cada

um dos métodos kriging produz a estimativa de erros de predição. Além de fazer predição,

estima-se a variabilidade das predições em relação aos valores medidos. É, portanto,

importante observar a variabilidade correta. Se os erros padrão médio são próximos dos

erros quadráticos médios então a estimativa da variabilidade está correta. Se os erros

padrões médios são maiores do que os erros quadráticos médios, então a variabilidade das

estimativas está sendo superestimada. Se os erros padrões médios são menores do que os

erros quadráticos médios então está ocorrendo subestimatiava da variabilidade das

estimativas. Outra maneira de se observar é dividir cada erro de predição pelo seu

estimado erro padrão. Eles devem ser semelhantes, na média, e então o erro quadrático

médio normalizado deve ser próximo de 1.

Para a visualização gráfica da estimativa dos erros para cada estação foram constituídos dois

tipos de gráficos: um contendo a regressão linear entre os valores medidos e estimados outro

comparando a distribuição dos dados com a distribuição dos valores normalizados.

78


Para os interpoladores geoestatísticos utilizados e as respectivas variáveis foi possível elaborar

os mapas das variações espaciais dessas variáveis segundo as interpolações realizadas. Além disso,

foram também elaborados os mapas das estimativas dos erros.

Os semivariogramas teóricos escolhidos para cada interpolador, além de compor os relatórios de

parâmetros, tiveram suas constituições gráficas apresentadas para cada variável em estudo. Nesses

mesmos relatórios constaram os resultado das análises dos graus de dependência espacial de cada

variável, analisados segundo CAMBARDELLA et al. (1994).

IV. 2.5.1 – Método Kriging

O interpolador kriging foi escolhido para analisar a distribuição espacial da precipitação anual

média, o comportamento da variabilidade espacial da precipitação e seus padrões de ocorrência na

bacia. As variáveis utilizadas foram as precipitações anuais médias, a precipitação em anos

selecionados de acordo com o coeficiente de variação e os coeficientes de irregularidade

meteorológicas, fundamentados no critério das características meteorológicas dominantes. Para isto

foram utilizados as informações contidas no banco de dados e aplicado o software ArcGIS.

Em todas as aplicações do método foram testados os modelos teóricos dos semivariogramas nos

ajustes dos modelos experimentais referentes às duas variáveis analisadas. Ao determinar os

parâmetros estatísticos percebeu-se a necessidade do ajuste da distribuição normal à log-normal

para as duas variáveis analisadas, ou seja, precipitações anuais médias e coeficientes de

irregularidade, como também as suas tendências de segunda ordem foram removidas.

Para estimar a precipitação anual média pelo método kriging, a partir da inferência de sua

estrutura de correlação espacial, utilizou-se os mesmos procedimentos aplicados no método do

inverso do quadrado da distância, adicionando-se pontos estimados às estações, espaçados em

forma de malha, perfazendo um total de 64 no primeiro caso e 136 no segundo, mostrados na Figura

IV.16. Com esses valores medidos e estimados foi possível calcular a precipitação anual média com

maior precisão segundo as médias aritméticas desses valores. Os resultados serão comparados aos

resultados de outros métodos.

Na análise da variabilidade espacial da precipitação os anos identificados para o médio, maior e

menor coeficiente de variação espacial, tiveram seus comportamentos analisados separadamente,

segundo os relatórios dos parâmetros e mapas das interpolações. Os coeficientes iguais a 64,1%,

81,8% e 45,6 corresponderam aos anos de 1968, 1982 e 1985, identificando os anos de média, alta e

baixa variabilidade espacial no período estabelecido para bacia. A Tabela VIII.1 (anexo) apresenta

todos os coeficientes de variação espacial e temporal calculados. Os coeficientes selecionados

foram comparados aos da Bacia do Rio Gramame, localizada no litoral da Paraíba, identificados por

79


GOMES & SILANS (2000) em estudos realizados para os anos de média, alta e baixa variabilidade

espacial.

Os resultados obtidos foram apresentados sob forma de semivariogramas, relatórios de

parâmetros e validações cruzadas, regressões lineares entres os valores medidos e estimados e

mapas contendo as interpolações e estimativas de erros.

A krigagem tem capacidade de produzir melhores estimativas em termos de interpolação,

porque está embasada em duas premissas: não–tendensiosidade do estimador e variância mínima

das estimativas. Além disto, quando se trabalha considerando a dependência espacial, podem-se

reduzir os erros aleatórios pelo controle de parcela deste erro associada à dependência espacial,

afirma VIEIRA (2000).

IV. 2.5.2 – Método Co-kriging

A justificativa da sua utilização é que este método dispõe de uma propriedade que lhe permite

analisar simultaneamente duas ou mais variáveis que tenham dependência espacial entre si. A

vantagem é utilizar uma variável mais densamente amostrada para estimar a outra. Sendo assim

resolveu-se analisar a distribuição espacial da precipitação anual média em combinação com as

altitudes. A escolha da variável secundária decorreu do conhecimento das irregularidades

altimétricas que caracteriza a Bacia do Ipojuca e a influência que a mesma variável exerce sobre o

comportamento do fenômeno natural analisado. Para isto foram utilizadas as informações contidas

no banco de dados hidrológico e o software ArcGis.

Para a análise da distribuição espacial da precipitação com este método foram testados os

modelos teóricos dos semivariogramas segundo validações cruzadas, para ajuste do modelo

experimental. Ao determinar os parâmetros estatísticos percebeu-se a necessidade do ajuste da

distribuição normal à log-normal para a precipitação anual média, não ocorrendo o mesmo com a

altitude. Desta vez não foram removidas as tendências de segunda ordem das variáveis,

considerando que parte da variável resultante do cruzamento é referente ao relevo da bacia, ou seja,

a altitude, cuja tendência é pertinente as suas características fisiográficas próprias, não devendo ser

alterada.

Os resultados obtidos constaram dos semivariogramas, relatórios de parâmetros e validações

cruzadas, regressões lineares entres os valores medidos e estimados e mapas contendo as

interpolações e estimativas de erros.

80

CAPÍTULO V

RESULTADOS E DISCUSSÕES

Capítulo V Resultados e Discussões

V. 1 – Avaliação da eficácia da rede pluviométrica específica

V. 1.1 – Densidades pluviométricas segundo as recomendações da OMM

Na aplicação das Recomendações da OMM nº 168, WMO (1984), o resultado da densidade

obtido foi igual a 143,07 km2/estação, totalmente inserido no intervalo de 600 a 900 km2/estação,

onde a OMM permitiu encaixar este valor, segundo as características fisiográficas pertinentes à área

total da Bacia do Ipojuca, conforme a Tabela V.1. Observou-se, então, um enquadramento perfeito,

com uma folga considerável, podendo a mesma ser classificada como um bom resultado. Porém foi

possível perceber a inexistência de cobertura pluviométrica em determinados locais, deixada por

conta da escassez de estações que atendessem às exigências dos critérios na composição da rede

específica,

A explicação deve-se ao fato do modelo da OMM não considerar as distâncias entre as estações,

envolvendo como parâmetros somente o número de estações e a área da bacia, de modo a promover

uma avaliação generalizada, mesmo considerando as regiões fisiográficas e os seus limites de

densidades, como intenção de se aproximar da condição ideal. Tudo isto justifica uma relativa

incerteza quanto ao grau de precisão que é obtido na aplicação do método, uma vez que a distância

entre as estações é preponderante para determinação das correlações, das interpolações para

regionalização em locais com baixa densidade pluviométrica e comparações entre regiões de

pluviosidades heterogêneas.

Sabe-se que alguns tipos de chuvas acontecem em pequenas áreas, como exemplo, as chuvas

convectivas de ocorrências comuns na Região Nordeste. Mesmo assim, não se pode afirmar que o

modelo seja totalmente impreciso ou superado, mas que deve ser utilizado conforme o tipo de

análise que se deseja realizar, podendo os resultados satisfazer ou não o grau de investigação do

interesse do pesquisador.

A própria OMM, reconhecendo a necessidade de avançar na precisão dos intervalos

recomendados, desmembrou a divisão fisiográfica para um número maior de opções de

enquadramento, de modo que os resultados das avaliações respondessem com mais fidelidade e

proporcionassem melhores prognósticos para o melhoramento das redes. Essas recomendações são

utilizadas no mundo e freqüentemente no Brasil por diversos órgãos e instituições de ensino e

pesquisas.

Para a aplicação das Recomendações da OMM nº 168, WMO (1994), as densidades

pluviométricas assumiram os seguintes valores: 125,65 km2/estação para parte Leste e 148,87

km2/estação para parte Oeste, conforme a Tabela V.1. Observou-se que ambas não excederam os

limites de 900 e 575 km2/estação, recomendados pela OMM, e que ficaram longe de se

aproximarem destes, considerando-se também como bons resultados segundo o método.

82


Igualmente à análise anterior, apesar também da excelência dos resultados, pôde-se observar

determinadas áreas desprovidas de medições, pelo mesmo motivo, salientando que a mesma

deficiência também ignora situações que possam apresentar concentrações de pluviômetros

localizados. Sendo assim, o método pode não garantir com certa segurança a eficiência de uma rede,

tendo a necessidade de regularidade na distribuição espacial como indicador.

Também desconsiderando as distâncias entre as estações, esta versão mostrou ser mais

aperfeiçoada por permitir um número maior de opções de enquadramento, tornando as regiões mais

individualizadas e respeitando mais as suas caracterizações fisiográficas peculiares, convergindo

para uma aproximação da melhor condição que se poderia determinar para o número de pontos de

medição necessário. Daí a sua maior adequação em relação à versão anterior, está no aumento da

atenção às diferenças regionais.

No caso da Bacia do Ipojuca, esse efeito contemplou as duas regiões bastante definidas em seu

território, com a determinação das densidades pluviométricas para as partes Leste e Oeste. A

primeira caracterizada pela maior concentração populacional, baixa altitude e maior umidade, e a

segunda com menor concentração populacional, maior altitude e mais seca.

Tabela V. 1 – Quantidades de pluviômetros e densidades pluviométricas das partes Leste e Oeste.

Partes Área

(km2) Nº de medidores

Densidades

pluviométricas

(km2 / estação)

Leste 753,89 06 125,65

Oeste 2.679,70 18 148,87

Área total 3.433,58 24 143,07

Na aplicação das Recomendações da OMM nº 15, encontrado em (WMO, 1965) segundo

LLAMAS (1993), praticamente o objetivo foi avaliar a eficiência da rede específica, definida para

Bacia do Ipojuca, em consonância com o crescimento populacional da bacia, e conseqüentemente

sua compatibilidade com o desenvolvimento econômico e social. A Figura V.1 apresenta o gráfico

de Langbein e as densidades relativas para as partes Leste e Oeste.

Esses pontos, quando submetidos à plotagem, determinaram as densidades relativas das partes

Leste e Oeste da bacia, e ocuparam no gráfico um campo de ocorrência considerado razoável, ou

seja, acima do limite recomendável. Observou-se ainda que os mesmos ocorreram entre as linhas

que delimitam as densidades relativas de 10% e 50%, no primeiro intervalo de confiança do

modelo. Estes resultados poderiam ser melhores se caso ocorressem no segundo intervalo, isto é, de

50% e 90%. Mesmo assim pode-se afirmar que são bons. Para isso foram utilizadas as seguintes

83


coordenadas: 8 e 7 pluviômetros/1.000 km2 para o eixo vertical e 238,95 e 181,64 hab/km2 para o

eixo horizontal.

Figura V. 1 - Densidades relativas da rede pluviométrica nas partes Leste e Oeste.

É importante lembrar que o crescimento populacional no Brasil, acompanhado pelo IBGE, nem

sempre conduz à certeza de que houve um desenvolvimento sócio-econômico compatível,

principalmente pelas freqüentes migrações populacionais para os centros mais desenvolvidos, em

busca de qualidade de vida, e por sua vez desacompanhadas de infraestruturas que comportem os

excessos com padrões mínimos dessa qualidade. Sendo assim, aumenta a importância deste tipo de

análise, uma vez que um desenvolvimento socioeconômico compatível com o aumento

populacional requer informações hidrológicas para criação de infraestruturas, como exemplo, o

planejamento dos recursos hídricos.

Especificamente no caso dos recursos hídricos, segundo SECTMA (1999) a evolução da

demanda é função, por um lado, do crescimento econômico e demográfico, e por outro, da eficácia

do gerenciamento do uso e controle deste recurso. Em qualquer que seja o caso, percebe-se a

necessidade cada vez maior da obtenção de informações hidrológicas como ferramenta de auxilio

ao planejamento, concluindo-se que a densidade demográfica pode ser um indicador que justifique

uma rede hidrométrica mais ou menos densa. Seria dizer que uma determinada população exigiria

uma rede pluviométrica compatível com a sua dimensão, para assim gerar uma quantidade de

84


informações hidrológicas suficientes e garantir o bem estar de que necessita, através de um

desenvolvimento adequado.

V. 1.2 – Número de pluviômetros segundo a precisão desejada

Considerando as 24 estações previstas na rede específica e as precisões desejadas segundo os

erros percentuais admissíveis, contidos no intervalo de 5% a 10%, puderam-se então estimar os

parâmetros apresentados na Tabela V.2 para todos os números inteiros pertinentes ao intervalo.

Tabela V. 2 – Determinação de parâmetros segundo a precisão desejada.

Precisões desejadas

% 5 6 7 8 9 10

Nº de pluviômetros correspondentes

Unidade 147 102 75 58 46 37

N° de instalações necessárias

Unidade 123 78 51 34 22 13

Densidades pluviométricas resultantes

km2/est 23,36 33,66 45,78 59,20 74,64 92,80

Tomando a alternativa menos satisfatória quanto à precisão, ou seja, 37 pluviômetros para o

maior erro admissível, observa-se que seria necessário ser adicionado 13 pluviômetros. Neste caso a

densidade pluviométrica apresentaria uma variação de 143,07 para 92,80 km2/pluviômetro. Sendo

assim, o método dos polígonos de Thiessen estimaria a precipitação média com mais precisão.

Porém, O incremento no número de pluviômetros seguindo esta análise pode conduzir a custos

inviáveis com instalações, operações e manutenções desses equipamentos.

V. 2 – Análise da variabilidade espacial, estimativa e padrões da precipitação anual média

V. 2.1 – O método dos polígonos de Thiessen

A aplicação desse método resultou no valor de 874,84 mm para o cálculo da precipitação anual

média na Bacia do Ipojuca. Além disso, o método permitiu uma visão da distribuição espacial das

áreas de influências pluviométricas em cada estação, considerando-se um instrumento de análise de

redes pluviométricas, que embora parta de valores medidos em cada posto, a formação dos

polígonos seja totalmente geométrica não levando em conta qualquer correlação estatística entre as

estações. A Figura V.2 mostra os polígonos de Thiessen para a rede em estudo na Bacia do Ipojuca

e Tabela V.3 identifica os municípios correspondentes.

85


Figura V. 2 – Polígonos de Thiessen da rede específica na Bacia do Ipojuca.

Tabela V.3 – Identificação das estações nos polígonos de Thiessen na Bacia do Ipojuca.

Posição na

Figura V.2 Estações

Posição na

Figura V.2 Estações

1 Ipojuca 13 São Caetano

2 Escada 14 Tacaimbó

3 Primavera 15 Serra do Vento

4 Pombos 16 Belo Jardim

5 Amaraji 17 Sanharó

6 Russinha 18 Lagoa do Félix

7 Gravatá 19 Salobro

8 Bezerros 20 Pesqueira

9 Barriguda 21 Poção

10 São Joaquim 22 Alagoinha

11 Caruaru 23 Cimbres

12 Caropotós 24 Arcoverde

86


As estações: 9, 10, 13, 15, 18 e 22, apesar de apresentarem áreas de influência pouco

significantes, contribuíram para aumentar o número de pontos e assim melhorar as análises

geoestatística, tendo as mesmas atendido aos requisitos estabelecidos na constituição da rede

específica.

Sabe-se que um dos motivos de imprecisão do método dos polígonos de Thiessen para avaliação

da precipitação média decorre do mesmo não considerar o relevo da região, bastante expressivo na

Bacia do Ipojuca, e de um modo geral totalmente interveniente no gradiente da precipitação.

Entretanto, tal precisão pôde ser questionada por GOMES & SILANS (2000) comparando métodos

para estimativa da precipitação média na Bacia do Rio Gramame, os quais concluíram que o método

dos polígonos de Thiessen fornece resultados muito próximos da krigagem ordinária e do inverso

do quadrado da distância.

V. 2.2 – O método do Inverso do quadrado da distância

Para aplicação deste método foi possível constituir os elementos necessários à análise da

distribuição espacial da precipitação, a estimativa da precipitação média e os padrões de ocorrência

da precipitação anual média na Bacia do Ipojuca. Os mapas das interpolações das variáveis, os

relatórios dos parâmetros utilizados, os gráficos contendo regressões lineares constituíram esses

elementos, os quais serão apresentados separadamente para cada variável analisada. Para facilidade

das análises, as legendas dos mapas conservaram os valores normalmente medidos e contidos no

banco de dados.

V.2.2.1 – Análise da distribuição espacial da precipitação anual média

Como resultado identificou-se no mapa das superfícies interpoladas uma maior ocorrência

de precipitação no Litoral e Zona da Mata em relação ao Agreste da bacia. Entre essas regiões

observou-se uma mudança brusca das faixas úmidas para as faixas secas no sentido oeste, que

serviram para comprovar os efeitos orográficos causados pela obstrução topográfica do Planalto da

Borborema.

Nada se pode afirmar a respeito das direções em que os fenômenos naturais estudados

acontecem, visto que este método não permite a consideração anisotrópica. Os semi-eixos são

iguais, em um determinado circulo, na vizinhança dos pontos selecionados para ponderar a

estimativa.

A Tabela V.4 mostra um relatório contendo os principais parâmetros utilizados. Neste mesmo

relatório encontram-se os erros médios e os erros médios quadráticos. Na Figura V.3 é apresentado

uma regressão linear entre os valores medidos e estimados. As superfícies interpoladas poderão ser

vistas no mapa da Figura V.4.

87


Tabela V.4 - Relatório dos parâmetros para as precipitações anuais médias com o inverso do quadrado da distância.

Método Inverso do quadrado da distância ArcGIS Programa

Variável Precipitação anual média Expoente 2,00 Número de pontos 24,00 Semi-eixos 51,571 km Estimativa de erros: Erro médio -11,13 mm Erro médio quadrático 247,30 mm

Figura V. 3 – Regressão linear dos valores medidos e estimados para as precipitações anuais médias com o inverso do

quadrado da distância.

Precipitação anual média (mm)

Figura V. 4 – Mapa das precipitações anuais médias com inverso do quadro da distância.

88


V. 2.2.2 – Estimativa da precipitação anual média na bacia

Os resultados obtidos no cálculo da precipitação anual média na bacia segundo o método do

inverso do quadrado da distância, foi 953,81mm para a adição de 40 pontos na primeira alternativa,

e 964,09mm para 112 pontos adicionais na segunda. Com os resultados das duas alternativas foi

possível observar que a variação era pequena em relação ao aumento do número de pontos,

resultando na não necessidade de prolongar a operação. Observou-se, com isto, que estes valores

excederam o valor obtido pelo método de Thiessen.

V. 2.2.3 – Análise dos padrões de precipitação

A irregularidade meteorológica apresentou-se também bem definida onde as precipitações

médias comprovaram o conhecimento hidrológico da bacia. No Litoral e Zona da Mata, onde

predomina os sistemas meteorológicos vindos do Oceano Atlântico, ocorreram os menores

coeficientes de irregularidade, caracterizando maiores ocorrências de chuvas frontais. No Agreste,

onde o ZCIT é mais freqüente, ocorreram os maiores coeficientes de irregularidade, caracterizando

maiores evidencias de chuvas convectivas. Constatou-se com isso que os coeficientes de

irregularidade acima de três, considerados altos por LLAMAS (1993), representaram em sua maior

parte o Agreste da bacia.

Na Tabela V.5 é mostrado um relatório contendo os principais parâmetros utilizados. Neste

mesmo relatório encontram-se os erros médios e os erros médios quadráticos. Na Figura V.5 é

apresentado uma regressão linear entre os valores medidos e estimados. As superfícies interpoladas

poderão ser vistas no mapa da Figura V.6.

DIRKS et al. (1998) trabalharam com alguns interpoladores espaciais para chuvas na Ilha de

Norfolk na Nova Zelândia e concluíram que os métodos de krigagem e inverso do quadrado da

distância sobressaíram em relação ao polígono de Thiessen e inverso da distância com expoentes 1,

3 e 4. Contudo os autores não estabeleceram qual dos dois métodos citados poderiam produzir

maior precisão, afirma MELLO et al. (2003). Tabela V 5 – Relatório dos parâmetros para os coeficientes de irregularidade com o inverso do quadrado da distância.

Método Inverso do quadrado da distância ArcGIS Programa

Variável Coeficiente de irregularidade Expoente 2,00 Número de pontos 24,00

51,571 km Semi-eixos Estimativa de erros: Erro médio 0,09976 mm Erro médio quadrático 1,214 mm

89


Figura V. 5 – Regressão linear dos valores medidos e estimados para os coeficientes de irregularidade com o inverso

do quadrado da distância.

Coeficiente de irregularidade (adimensional)

Figura V. 6 – Mapa dos coeficientes de irregularidade com inverso do quadro da distância. V. 2.3 – Krigagem

Com as informações contidas no banco de dados foi possível avaliar a distribuição espacial,

estimar a precipitação anual média, analisar a variabilidade espacial e os padrões de ocorrência da

precipitação na Bacia do Ipojuca, segundo a rede específica definida. Os resultados comprovaram

as características hidrológicas da bacia através dos elementos expressos separadamente para cada

90


variável analisada. Estes resultados constaram de mapas de interpolação e de estimativas de erros,

relatórios dos parâmetros utilizados, semivariogramas e gráficos de erros.

V. 2.3.1 – Análise da distribuição espacial da precipitação anual média

Na utilização da kigragem para análise da variabilidade espacial através da precipitação anual

média, o modelo do semivariograma que melhor se ajustou ao semivariograma experimental foi o

esférico, segundo as estimativas de erros resultantes da validação cruzada conforme a Figura V.7.

Na vizinhança da origem esta função se apresentou regular, contínua e sem efeito pepita. Segundo

CAMBARDELLA et al. (1994), o semivariograma mostrou uma forte estrutura de correlação

espacial.

Considerando a condição anisotrópica utilizada, a direção fornecida pelo programa constatou

que o fenômeno natural está dirigido a 54,1° no quadrante nordeste se considerar o leste como

referência, uma vez que o programa considera o norte em 0°. O relatório de parâmetros exibido na

Tabela V.6 mostra o resumo de todos os valores processados. Os erros entre os valores medidos e

estimados podem ser avaliados através dos gráficos das Figuras V.8 e V.9.

Semelhante aos resultados obtidos na aplicação do método do inverso do quadrado da distância,

as superfícies mapeadas pelo método kriging comprovaram a maior ocorrência de precipitação no

Litoral e Zona da Mata em relação ao Agreste, e os efeitos orográficos causados pelo Planalto da

Borborema. As superfícies interpoladas e suas estimativas de erros poderão ser vistas nos mapas das

Figuras V.10 e V.11.

Figura V. 7. – Semivariograma esférico ajustado para precipitação anual média com kriging.

91


Tabela V.6 – Relatório dos parâmetros e validação cruzada para a precipitação anual média com kriging. Método Kriging

ArcGIS Programa Variável Precipitação anual média Transformação estatística Log-normal Remoção da tendência 2º grau Direção Anisotrópica – 35,9° Modelos do semivariograma teórico Esférico Alcance Máximo (a) 45,45 km Alcance Mínimo (a) 22,579 km

0,035755 mm2Patamar (C + C0) 0,0 mm2Efeito Pepita (C0)

Dependência espacial [C0 / (C + C0)] x 100% 0,0 % (forte) Validação cruzada:

50,88 mm Erro médio Erro médio quadrático 291,50 mm

238,60 mm Erro médio padrão Erro médio normalizado -0,003332 mm Erro médio quadrático normalizado 0,9707 mm

Figura V. 8 – Regressão linear dos valores medidos e estimados para a precipitação anual média com kriging.

Figura V. 9 – Erros normalizados e valores normais na precipitação anual média com kriging.

92


Precipitação anual média (mm)

Figura V. 10 – Mapa da precipitação anual média com kriging.

Estimativa de erros (mm)

Figura V. 11 – Mapa das estimativas de erros da precipitação anual média com kriging.

93


V. 2.3.2 – Estimativa da precipitação anual média na bacia

Para calcular a precipitação anual média na bacia segundo método kriging, considerou-se o

mesmo critério usado no método do inverso do quadrado da distância, com vista a intensificar a

precisão do resultado obtido.

Os resultados obtidos no cálculo foram 957,15mm para a adição de 40 pontos na primeira

alternativa, e 964,21mm para 112 pontos adicionais na segunda. Com os resultados das duas

alternativas foi possível observar que também a variação era pequena em relação ao aumento do

número de pontos, resultando na não necessidade de prolongar a operação.

Constatou-se então que estes valores aproximaram-se bastante dos valores obtidos pelo método

do inverso do quadrado da distância e distanciaram-se um pouco mais do valor obtido pelo método

de Thiessen. A Tabela V.7 apresenta um quadro comparativo dos resultados dos cálculos das

precipitações anuais médias segundo os métodos utilizados.

Tabela V. 7 – Comparação de métodos no cálculo da precipitação anual média.

Item Métodos Nº de pontos

adicionais

Precipitação anual média

(mm)

01 Thiessen Nenhum 874,84

40 953,81 02 Inverso do quadrado da distância

112 964,09

40 957,15 03 Kriging

112 964,21

V. 2.3.3 – Análise da variabilidade espacial da precipitação

Na análise da variabilidade espacial da precipitação observou-se forte correlação espacial para

todos os semivariogramas teóricos ajustados, como também, os ângulos otimizados pelo software

apontaram o quadrante nordeste como direção anisotrópica dos fenômenos naturais responsáveis

pela precipitação na bacia. No ano de maior variabilidade espacial detectou-se a presença de efeito

pepita na vizinhança da origem, motivo que não impediu de afirmar que a variabilidade espacial

apresentou-se semelhantes nas três situações consideradas, ou seja, em anos com média, alta e baixa

variabilidade espacial, embora diferentes em magnitude de variação.

GOMES & SILANS (2000) observaram a variação espacial da precipitação na Bacia do Rio

Gramame, localizada no litoral do Estado da Paraíba, e destacaram anos com baixa, média e alta

variabilidade espacial na área, cujos coeficientes corresponderam a 18,0%, 28,7% e 37,4%,

respectivamente. Com isso, a variabilidade espacial doa Bacia do Rio Gramame, foi comparada à da

Bacia do Ipojuca durante a metodologia. Concluiu-se que a Bacia do Gramame, por estar localizada

no litoral, explica a baixa variabilidade espacial apresentada em relação à Bacia do Ipojuca. O

formato alongado que caracteriza a Bacia do Ipojuca, se estendendo do início do Sertão até o

94


Litoral, comporta ocorrências climáticas e topográficas diferentes das planícies litorâneas onde esta

localizada a Bacia do Gramame.

Serão então apresentados os mapas das superfícies interpoladas e os relatórios contendo os

parâmetros utilizados e validação cruzada, para os três anos analisados. As Figuras V.12, V.13 e

V.14 mostram os mapas das superfícies e as Tabelas V.8, V.9 e V.10 mostram os relatórios de

parâmetros e validação cruzada para os anos escolhidos.

Precipitação média em 1968 (mm)

Figura V. 12 – Mapa da precipitação anual média no ano de média variabilidade espacial com kriging.

Tabela V. 8 – Relatório dos parâmetros e validação cruzada para a precipitação anual média no ano de média variabilidade espacial com kriging.

Método Kriging ArcGIS Programa

Variável Precipitação anual média no ano de média variabilidade espacial

Transformação estatística Log-normal Remoção da tendência 2º grau Direção Anisotrópica – 81,0° Modelos do semivariograma teórico Exponencial Alcance Máximo (a) 33,35 km Alcance Mínimo (a) 9,791 km

0,15273mm2Patamar (C + C0) 0,0 mm2Efeito Pepita (C0)

Dependência espacial [C0 / (C + C0)] x 100% 0,0 % (forte) Validação cruzada: Erro médio 70,21 mm Erro médio quadrático 483,3 mm Erro médio padrão 488,1 mm Erro médio normalizado 0,2647 mm Erro médio quadrático normalizado 1,57 mm

95


Precipitação media em 1982

Figura V. 13 – Mapa da precipitação anual média no ano de maior variabilidade espacial com kriging.

Tabela V. 9 – Relatório dos parâmetros e validação cruzada para a precipitação anual média no ano de máxima variabilidade espacial com kriging.


Variável Precipitação anual média no ano de maior variabilidade espacial

Transformação estatística Log-normal Remoção da tendência 2º grau Direção Anisotrópica – 72,1° Modelos do semivariograma teórico Gaussiano Alcance Máximo (a) 45,328 km Alcance Mínimo (a) 16,796 km


Dependência espacial [C0 / (C + C0)] x 100% 16,8% (forte) Validação cruzada: Erro médio 55,33 mm Erro médio quadrático 294,4 mm Erro médio padrão 269,9 mm Erro médio normalizado 0,04971 mm Erro médio quadrático normalizado 1,034 mm

96


Precipitação média em 1985 (mm)

Figura V. 14 – Mapa da precipitação anual média no ano de menor variabilidade espacial com kriging.

Tabela V. 10 – Relatório dos parâmetros e validação cruzada para a precipitação anual média no ano de mínima variabilidade espacial com kriging.


Variável Precipitação anual média no ano de menor variabilidade espacial

Transformação estatística Log-normal Remoção da tendência 2º grau Direção Anisotrópica – 62,9° Modelo do semivariograma teórico Exponencial Alcance Máximo (a) 45,244 km Alcance Mínimo (a) 11,752 km


Dependência espacial [C0 / (C + C0)] x 100% 0,0 % (forte) Validação cruzada: Erro médio 53,4 mm Erro médio quadrático 304,1 mm Erro médio padrão 252,2 mm Erro médio normalizado 0,04594 mm Erro médio quadrático normalizado 1,09 mm

97


V. 2.3.4 – Análise dos padrões de precipitação

Na aplicação do método kriging para análise dos padrões de precipitação foi utilizado os

coeficientes de irregularidade de precipitação como variável. Os modelos dos semivariogramas

teóricos foram ajustados ao modelo experimental segundo as estimativas de erros resultantes da

validação cruzada conforme a Figura V.15.

Na vizinhança da origem esta função apresentou um comportamento descontínuo devido ao

efeito pepita identificado. A estrutura da correlação espacial apresentou-se inferior a das

precipitações anuais médias e por este motivo foi considerada moderada por CAMBARDELLA et

al. (1994). A condição anisotrópica não foi utilizada para essa variável por motivo das estimativas

de erros resultantes da validação cruzada não terem sido satisfatórias. Pelo mesmo motivo não foi

removida a tendência da variável. O relatório de parâmetros exibido na Tabela V.11 mostra o

resumo de todos os valores utilizados no processo. Os erros entre os valores medidos e estimados

podem ser avaliados nos gráficos das Figuras V.16 e V.17.

Com a interpolação dos coeficientes de irregularidade pelo método kriging, a superfície

mapeada apresentou características semelhantes ao método do inverso de quadrado da distância,

quando aplicado à mesma variável. As ocorrências nas sub-regiões da bacia, mostrou que o Litoral

e a Zona da Mata identificaram as maiores ocorrências de chuvas frontais, local onde predomina as

circulações meteorológicas vindas do Oceano Atlântico, enquanto o Agreste foi caracterizado pelas

maiores ocorrências convectivas, onde o ZCIT é mais freqüente.

Constatou-se também que os coeficientes de irregularidade acima de três, considerado alto por

LLAMAS (1993), apresentaram-se maiores no Agreste da bacia. As superfícies interpoladas e suas

estimativas de erros poderão ser vistas nos mapas da Figuras V.18 e V.19.

Figura V. 15 – Semivariograma esférico ajustado para os coeficientes de irregularidade com kriging.

98


Tabela V. 11 – Relatório dos parâmetros e validação cruzada para os coeficientes de irregularidade com kriging. Método Kriging

ArcGIS Programa Variável Coef. de irregularidade Transformação estatística Log-normal Remoção da tendência Nenhuma Direção Isotrópica – 00,0° Modelo do semivariograma teórico Esférico Alcance (a) 183,79 km

0,12396 mm2Patamar (C + C0) Efeito Pepita (C0) 0,061084 Dependência espacial [C0 / (C + C0)] x 100 49,3% (moderada) Validação cruzada: Erro médio 0,03769 mm Erro médio quadrático 1,131 mm Erro medio padrão 1,126 mm Erro médio normalizado 0,01276 mm Erro médio quadrático normalizado 1,025 mm

Figura V. 16 – Regressão linear dos valores medidos e estimados para os coeficientes de irregularidade com kriging.

Figura V. 17 – Erros normalizados e valores normais nos coeficientes de irregularidade com kriging.

99


Coeficientes de irregularidade (adimensional)

Figura V. 18 – Mapa dos coeficientes de irregularidade com kriging.

Estimativa de erros (adimensional)

Figura V. 19 – Mapa das estimativas de erros dos coeficientes de irregularidade com kriging.

V. 2.4 – Co-krigagem

Na aplicação do método foram utilizadas as informações contidas no banco de dados e o

software ArcGIS para analisar as precipitações anuais médias combinadas com as altitudes. As

precipitações anuais médias tiveram seus valores estatísticos transformados em log-normal e as

100


tendências de segunda ordem não foram removidas em ambas as variáveis. Os resultados foram

apresentados sob forma de mapas de interpolação e de estimativas de erros, relatórios dos

parâmetros, semivariogramas e gráficos de erros.

V. 2.4.1 – Análise da distribuição espacial da precipitação anual média

Os modelos dos semivariogramas teóricos adotados foram testados, porém nenhum se

apresentou ideal quanto ao seu ajuste ao modelo experimental. O modelo gaussiano foi escolhido

por apresentar uma pequena vantagem na validação cruzada em relação aos demais.

Na análise do comportamento na origem quando ajustado ao modelo gaussiano, foi possível

identificar a ocorrência do efeito pepita. Porém, não se pôde conhecer numericamente o valor deste

parâmetro. Verificou-se também que o patamar identificado no semivariograma não correspondia a

uma localização acima da origem, cujo valor foi representado por um número negativo. Com isto

não se pôde conhecer a estrutura de correlação espacial das variáveis combinadas, quando testadas

conforme CAMBARDELLA et al. (1994).

Nas aplicações utilizando o método kriging foram identificados dois casos de ocorrência do

mesmo efeito. O primeiro na análise da variabilidade espacial da precipitação para o ano de máxima

variabilidade e o segundo na análise dos padrões de precipitação com os coeficientes de

irregularidade. O segundo teve sua estrutura de dependência espacial testada, cujo resultado

mostrou-se moderada. Este conhecimento só foi possível por dispor dos elementos necessários ao

cálculo, como o valor do patamar e do efeito pepita.

A Figura V.20 mostra o do ajuste do semivariograma experimental ao modelo gaussiano. Os

parâmetros utilizados no processo e os resultados das estimativas de erros resultantes da validação

cruzada serão apresentados no relatório de parâmetros da Tabela V.12. Os gráficos das Figuras

V.21 e V.22 permitem uma avaliação dos erros entre os valores medidos e estimados nas estações.

A Figura V.23 apresenta o mapa da distribuição espacial da precipitação anual média e a Figura

V.24 o mapa das estimativas de erros. Os erros de estimativas verificados no mapa podem ser

considerados muitos elevados se comparados aos erros constatados na aplicação do método kriging.

Figura V. 20 – Ajuste do semivariograma gaussiano na precipitação anual média e altitude com co-kriging.

101


Tabela V. 12 – Relatório dos parâmetros e validação cruzada para a precipitação anual média e altitude com co-

kriging. Método Co-kriging Programa ArcGIS Variáveis:

Distribuição log-normal Precipitação anual média Sem remoção de tendência Distribuição normal Altitudes Sem remoção de tendência

Direção Anisotrópico – 46,3° Modelo do semivariograma teórico Gaussiano Alcance Máximo (a) 191,56 km Alcance Mínimo (a) 66,824 km

-59,573 mm2Patamar (C + C0) Efeito Pepita (C0) Valor não identificado Dependência espacial [C0 / (C + C0)] x 100 Matematicamente não existe Validação cruzada: Erro médio -10,81 mm Erro médio quadrático 241,6 mm Erro medio padrão 240,4 mm Erro médio normalizado -0,01863 mm Erro médio quadrático normalizado 0,9075 mm

Figura V. 21 – Regressão linear dos valores medidos e estimados para a precipitação anual média e altitude com co-kriging.

Figura V. 22 – Erros normalizados e valores normais para precipitação anual média e altitude com co-kriging.

102


Figura V. 23 – Mapa da precipitação anual média e altitude com co-kriging.

Figura V.24 – Mapa das estimativas de erros da precipitação anual média e altitude com co-kriging.

103


V. 2.4.2 – Discussões sobre a aplicação do método co-kriging na Bacia do Ipojuca

A precipitação anual média quando analisada pelo método kriging apresentou na maioria das

vezes forte estrutura de correlação espacial. A investigação com o método co-kriging teve como

objetivo melhorar a estimativa da precipitação anual média pela inclusão de uma outra variável

correlacionada, ou seja, a altitude.

Segundo a fundamentação teórica que rege a geoestatística, o efeito pepita revela a

descontinuidade do semivariograma para distâncias menores do que a menor distância entre as

amostras. Esta descontinuidade pode ser atribuída a erros de medição ou a variabilidade em uma

escala menor do que aquela amostrada. Quando o caso é extremo, caracterizando o efeito pepita

puro, diz-se que se trata de um caso completamente aleatório onde deve haver independência entre

os pontos amostrados, cuja atribuição se deve à ausência total de correlação espacial entre os pontos

das variáveis combinadas. Neste caso a geoestatística transforma-se na Estatística clássica, onde se

admite a independência entre os acontecimentos. A Figura V.25 explica as variações segundo o

comportamento das tendências da precipitação em relação à altitude.

y = 0,0036x2 - 5,2667x + 2465,9R2 = 0,7684

0,00

500,00

1000,00

1500,00

2000,00

2500,00

0,00 200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00

Altitude (m)

Prec

ipita

ções

anu

ais

méd

ias

(mm

)

Figura V. 25 – Comparação de tendências entre a precipitação anual média e altitude na Bacia do Ipojuca.

Analisando a Figura V.25 e considerando as sub-regiões da bacia, pode-se observar que na

Bacia do Ipojuca as maiores precipitações ocorrem nas regiões de menores altitudes, ou seja, no

Litoral e Zona da Mata e as menores precipitações em regiões mais elevadas como o Agreste. O

intervalo entre as duas concentrações aponta a área íngreme do Planalto da Borborema, onde os

efeitos orográficos definem duas regiões de diferentes regimes hidrológicos.

Estudos mais aprofundados, sobre a aplicabilidade do método co-kriging na Bacia do Ipojuca

envolvendo a relação entre as precipitações e as altitudes, deverão ser realizados para maiores

esclarecimentos e melhor uso da ferramenta.

104

CAPÍTULO VI

CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES

Capítulo VI Conclusões e Recomendações

VI. 1 – Conclusões • Sob o aspecto comparativo dos métodos utilizados, para avaliação de padrões espaciais de

precipitação comprovou-se que os métodos geoestatísticos dispõem de ferramentas menos

limitadas, mais seguras e mais precisas em relação aos métodos usualmente utilizados. Esses

últimos deverão ser complementados ou substituídos, permitindo a utilização mais freqüente

de métodos geoestatísticos como interpoladores, para estimativa de precipitação média,

associada a intervalos de tempo diversos, e avaliação de eficiência de redes pluviométricas.

• O resultado da aplicação das recomendações da OMM para densidades mínimas pode ser

considerado incompatível com a determinação do número de pluviômetros obtidos através

do critério LLAMAS, na precisão desejada segundo os objetivos principais;

• O valor médio da precipitação anual média obtido pelos métodos do inverso do quadrado da

distância e kriging são equivalentes. Porém, supera o valor obtido pelo polígono de

Thiessen;

• As características climáticas conhecidas nas diferentes sub-regiões da Bacia do Ipojuca

foram comprovadas, desta vez com métodos mais seguros como os geoestatísticos. Para isso

foram conhecidas as margens de erros.

• Os mapas das superfícies interpoladas nas análises dos coeficientes de irregularidade

meteorológica mostraram que estes constituem excelentes instrumentos para o planejamento

e avaliação de redes pluviométricas, por serem indicadores de áreas associadas a maiores ou

menores densidades, conforme os padrões de precipitação identificados;

• O resultado da aplicação dos métodos geoestatísticos deve ser tanto melhor quanto maior for

a homogeneidade hidrológica da região ou bacia hidrológica. No caso da Bacia do Ipojuca, a

sua divisão poderá apresentar resultados mais consistentes, deste que no futuro venha a ter

mais disponibilidade de pontos com séries adequadas, principalmente no Litoral;

• O uso do interpolador co-kriging na Bacia do Ipojuca com a precipitação anual média

associada à altitude não apresentou resultados satisfatórios, em razão de ter produzido erros

de maior magnitude em relação ao interpolador kriging, apesar da comprovada correlação

entre as variáveis. São necessárias investigações adicionais sobre a consideração das

altitudes na estimativa da precipitação através da geoestatística;

• Considerando a forma alongada da bacia, os sistemas de circulação meteorológica e as

obstruções topográficas, como influências direcionais, os ângulos obtidos pela otimização

para caracterização da anisotropia, nos diversos ajustes de semivariogramas e validação

cruzada, revelaram sempre o sentido nordeste/sudoeste;

106

Capítulo VI Conclusões e Recomendações

• De um modo geral o estudo mostrou que a precipitação na Bacia do Ipojuca apresenta uma

forte dependência espacial;

• A Bacia do Ipojuca possui baixa variabilidade temporal da precipitação em relação à

variabilidade espacial, demonstrada para análise dos anos de média, alta e baixa

variabilidade;

• O inverso do quadrado da distância pode ser considerado um bom interpolador, embora a

superfície mapeada não demonstre a mesma qualidade apresentada pelo método kriging e a

estimativa dos erros normalizados não seja conhecida;

• Os métodos geoestatísticos apresentam as estimativas dos resíduos das interpolações e a

suas respectivas localizações, tornando-os instrumentos apropriados para reestruturação das

redes pluviométricas através da análise da distribuição espacial da precipitação. Pode-se

então se aproximar da melhor configuração através de testes de simulações e validações

cruzadas, para assim recomendar prováveis deslocamentos, desativações, reativações e

instalações de novas estações, visando à eficácia do rendimento.

VI. 2 – Recomendações

• Para que se efetive o uso sistemático dos métodos geoestatísticos na análise da variabilidade

espacial da precipitação, torna-se imprescindível que as instituições que mantém e operam

redes pluviométricas realizem avaliações periódicas quanto à eficiência dessas redes, com

fins de produzirem dados com qualidade e suficiência.

• A Bacia do Ipojuca é caracterizada por um regime hidrológico irregular e um relevo com

elevações variadas. Em se tratando de área de pesquisa, estas considerações destacam essa

bacia em relação às outras de Pernambuco, pelo seu relativo nível de complexidade. É

preciso salientar que estudos mais avançados deverão ser realizados na bacia, pelo fato da

sua reconhecida importância para o desenvolvimento de Pernambuco. Com isto, os

resultados provenientes deste trabalho estarão disponíveis às instituições ou pesquisadores

interessados.

107

CAPÍTULO VII

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Capítulo VII Referências Bibliográficas

VII. 1 – Referências bibliográficas

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114

CAPÍTULO VIII

ANEXOS

Capítulo VIII Anexos

116


117


VIII. 2 - Relatórios finais do ArcGIS

Figura VIII. 1 – Relatório final das precipitações anuais médias com o inverso do quadrado da distância.

Figura VIII. 2 – Relatório final dos coeficientes de irregularidade com o inverso do quadrado da distância.

118


Figura VIII. 3 – Relatório final das precipitações anuais médias com kriging.

Figura VIII. 4 – Relatório final das precipitações anuais médias no ano de média variabilidade espacial com kriging.

119


Figura VIII. 5 – Relatório final das precipitações anuais médias no ano de máxima variabilidade espacial com kriging.

Figura VIII 6 – Relatório final das precipitações anuais médias no ano de mínima variabilidade espacial com Kriging.

120


Figura VIII. 7 – Relatório final dos coeficientes de irregularidade com Kriging.

121


Figura VIII. 8 – Relatório final das precipitações anuais médias com co-kriging.

122

avaliaÇÃo de rede pluviomÉtrica e anÁlise...

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